JP6186865B2 - Optical semiconductor device and method for manufacturing optical semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、光半導体装置及び光半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical semiconductor device and a method for manufacturing the optical semiconductor device.

光半導体装置である半導体レーザにおいては、ＧａＡｓ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により活性層を形成し、共振器内に回折格子を形成したＤＦＢ（Distributed Feedback：分布帰還型）レーザがある。このようなＧａＡｓ基板に形成された半導体レーザであるＤＦＢレーザは、波長０．６〜１．３μｍ帯において、単一縦モード発振を実現することができるため、産業上の様々な分野で用いられている。   As a semiconductor laser that is an optical semiconductor device, there is a DFB (Distributed Feedback) laser in which an active layer is formed of a III-V group compound semiconductor on a GaAs substrate and a diffraction grating is formed in a resonator. The DFB laser, which is a semiconductor laser formed on such a GaAs substrate, can realize single longitudinal mode oscillation in the wavelength range of 0.6 to 1.3 μm, and is therefore used in various industrial fields. ing.

例えば、波長１．３μｍ帯の光ファイバ通信における長距離の伝送においては、ＤＦＢレーザは、多モードで発振するファブリペロー型レーザよりも良好な特性が得られるため、好ましく用いられている。また、ＧａＡｓ基板上に形成された波長１．０６μｍ帯のＤＦＢレーザの出射光を周期分極ニオブ酸リチウム(ＰＰＬＮ：Periodically Poled Lithium Niobate)に入射させることにより、疑似位相整合を利用した第二高調波を発生させることができる。これにより、単体の半導体レーザでは困難とされている波長５３０ｎｍ近傍の緑色レーザを出射させることができる。更に、ＧａＡｓ基板上に形成された波長１．０６μｍ帯のＤＦＢレーザは、イッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバ増幅器を用いたファイバレーザシステムにおける光源としても用いることができる。   For example, in long-distance transmission in 1.3 μm wavelength optical fiber communications, DFB lasers are preferably used because they provide better characteristics than Fabry-Perot lasers that oscillate in multiple modes. Also, the second harmonic using pseudo phase matching is obtained by making the emitted light of a 1.06 μm band DFB laser formed on a GaAs substrate incident on periodically poled lithium niobate (PPLN). Can be generated. This makes it possible to emit a green laser having a wavelength near 530 nm, which is considered difficult with a single semiconductor laser. Furthermore, a 1.06 μm band DFB laser formed on a GaAs substrate can be used as a light source in a fiber laser system using an ytterbium (Yb) -doped fiber amplifier.

ＧａＡｓ基板上に形成されたＤＦＢレーザとしては、図１に示される構造のリッジ導波路が形成されているＤＦＢレーザがある。このＤＦＢレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板９１０の上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓにより下部クラッド層９２１、量子井戸活性層９２２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層９２３、ｐ−ＧａＡｓ層９２４が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層９２４の表面には回折格子を形成するための凸部９２４ａと凹部９２４ｂが形成されており、ｐ−ＧａＡｓ層９２４における凸部９２４ａ及び凹部９２４ｂを埋め込むように、ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層９２４における凸部９２４ａと凹部９２４ｂは、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の表面を加工することにより、具体的には、凹部９２４ｂが形成される領域のｐ−ＧａＡｓ層９２４を一部除去することにより、周期的に形成されている。   As a DFB laser formed on a GaAs substrate, there is a DFB laser in which a ridge waveguide having a structure shown in FIG. 1 is formed. In this DFB laser, a lower cladding layer 921, a quantum well active layer 922, a p-AlGaAs layer 923, and a p-GaAs layer 924 are formed on an n-GaAs substrate 910 by n-AlGaAs. Convex portions 924a and concave portions 924b for forming a diffraction grating are formed on the surface of the p-GaAs layer 924, and embedded in the p-AlGaAs so as to embed the convex portions 924a and the concave portions 924b in the p-GaAs layer 924. A layer 925 is formed. The convex portion 924a and the concave portion 924b in the p-GaAs layer 924 are obtained by processing the surface of the p-GaAs layer 924, and specifically removing part of the p-GaAs layer 924 in the region where the concave portion 924b is formed. Therefore, it is formed periodically.

ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５の上には、ｐ−ＩｎＧａＰによりエッチングストップ層９２６が形成されている。エッチングストップ層９２６の上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓにより上部クラッド層９２７が形成されており、上部クラッド層９２７の上にはｐ−ＧａＡｓによりコンタクト層９２８が形成されている。上部クラッド層９２７は、量子井戸活性層９２２において光導波路が形成される領域の上におけるエッチングストップ層９２６の上に形成されている。即ち、上部クラッド層９２７が形成されている領域の直下の領域の量子井戸活性層９２２において光導波路が形成される。量子井戸活性層９２２は、ＩｎＧａＡｓにより形成される井戸層とＧａＡｓにより形成されるバリア層とを交互に積層することにより形成されている。   On the p-AlGaAs buried layer 925, an etching stop layer 926 is formed by p-InGaP. An upper cladding layer 927 is formed of p-AlGaAs on the etching stop layer 926, and a contact layer 928 is formed of p-GaAs on the upper cladding layer 927. The upper cladding layer 927 is formed on the etching stop layer 926 above the region where the optical waveguide is formed in the quantum well active layer 922. That is, an optical waveguide is formed in the quantum well active layer 922 in a region immediately below the region where the upper cladding layer 927 is formed. The quantum well active layer 922 is formed by alternately stacking well layers formed of InGaAs and barrier layers formed of GaAs.

上部クラッド層９２７及びコンタクト層９２８は、最初に、上部クラッド層９２７及びコンタクト層９２８を形成するための半導体膜をエッチングストップ層９２６の上に形成する。この後、上部クラッド層９２７等が形成される領域を除く領域における半導体膜をドライエッチング等により除去することにより形成する。上部クラッド層９２７を形成するための半導体膜の下には、エッチングストップ層９２６が形成されているため、半導体膜のドライエッチング等は、エッチングストップ層９２６が露出した状態でドライエッチングが停止する。ドライエッチング等により露出したエッチングストップ層９２６の表面及び上部クラッド層９２７及びコンタクト層９２８の側面には、酸化シリコン等により保護膜９３１が形成されている。更に、保護膜９３１及びコンタクト層９２８の上には、上面電極９４１が形成されており、ｎ−ＧａＡｓ基板９１０の裏面には下面電極９４２が形成されている。   For the upper cladding layer 927 and the contact layer 928, first, a semiconductor film for forming the upper cladding layer 927 and the contact layer 928 is formed on the etching stop layer 926. Thereafter, the semiconductor film in the region excluding the region where the upper clad layer 927 and the like are formed is formed by removing by dry etching or the like. Since an etching stop layer 926 is formed under the semiconductor film for forming the upper cladding layer 927, dry etching or the like of the semiconductor film stops with the etching stop layer 926 exposed. A protective film 931 is formed of silicon oxide or the like on the surface of the etching stop layer 926 exposed by dry etching or the like and on the side surfaces of the upper cladding layer 927 and the contact layer 928. Further, an upper surface electrode 941 is formed on the protective film 931 and the contact layer 928, and a lower surface electrode 942 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 910.

このような構造の半導体レーザでは、表面に凸部９２４ａ及び凹部９２４ｂが形成されているｐ−ＧａＡｓ層９２４とｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５とにより回折格子層９２０が形成される。即ち、ｐ−ＧａＡｓ層９２４における屈折率は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５における屈折率よりも高いため、回折格子層９２０において、周期的に屈折率差のある回折格子が形成される。これにより、所望の発振波長において単一縦モード発振をさせることができる。   In the semiconductor laser having such a structure, the diffraction grating layer 920 is formed by the p-GaAs layer 924 and the p-AlGaAs buried layer 925 in which the convex portions 924a and the concave portions 924b are formed on the surface. That is, since the refractive index in the p-GaAs layer 924 is higher than the refractive index in the p-AlGaAs buried layer 925, a diffraction grating having a refractive index difference periodically is formed in the diffraction grating layer 920. Thereby, single longitudinal mode oscillation can be performed at a desired oscillation wavelength.

特開２０１２−１９５４３３号公報JP 2012-195433 A 特開平１１−１８３９４８号公報JP-A-11-183948 特開２０１０−６７６３９号公報JP 2010-67639 A

このような光半導体装置であるＧａＡｓ基板上に形成されたＤＦＢレーザにおいては、レーザ発振におけるしきい値電流が低く、動作電流の低いＤＦＢレーザが求められている。   In a DFB laser formed on a GaAs substrate as such an optical semiconductor device, a DFB laser having a low threshold current in laser oscillation and a low operating current is required.

本実施の形態の一観点によれば、半導体基板の上に、半導体材料により形成された活性層と、前記活性層の上に、半導体材料により形成された上部クラッド層と、前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により形成された回折格子層と、を有し、前記回折格子層は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層と、前記第１の回折格子形成層の上に形成されており、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層と、前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に形成された埋込層と、を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣであって、前記埋込層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されており、前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、半導体基板の上に、半導体材料により形成された活性層と、前記活性層の上に、半導体材料により形成された上部クラッド層と、前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により形成された回折格子層と、を有し、前記回折格子層は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層と、前記第１の回折格子形成層の上に形成されており、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層と、前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に形成された埋込層と、を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎ Ａ とし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎ Ｂ とし、埋込層における屈折率をｎ Ｃ とした場合、ｎ Ａ ＞ｎ Ｂ ＞ｎ Ｃ であって、前記回折格子層は、前記活性層と前記上部クラッド層との間に形成されており、前記埋込層は、前記上部クラッド層の一部であって、前記埋込層と前記上部クラッド層とは、同一の材料により形成されており、前記上部クラッド層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されおり、前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする。 According to an aspect of the present embodiment, an active layer formed of a semiconductor material on a semiconductor substrate, an upper cladding layer formed of a semiconductor material on the active layer, the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate A diffraction grating layer formed of a semiconductor material between the active layer or between the active layer and the upper cladding layer, and the diffraction grating layer has a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof. A first diffraction grating forming layer formed on the first diffraction grating forming layer, and a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer. Including a second diffraction grating forming layer formed on the surface, and the embedding layer formed on the convex portion and the concave portion of the second diffraction grating forming layer, The refractive index in the first diffraction grating forming layer is n A, and the second The refractive index of the diffraction grating layer and n B of, when the refractive index of the buried layer and the n C, I n A> n B> n C Der, the buried layer is a material containing InGaP The first diffraction grating formation layer is formed of a material containing GaAs, and the second diffraction grating formation layer is formed of a material containing AlGaAs, and the second diffraction grating formation layer is formed. The lattice forming layer and the buried layer have the same conductivity type .
According to another aspect of the present embodiment, an active layer formed of a semiconductor material on a semiconductor substrate, an upper clad layer formed of a semiconductor material on the active layer, A diffraction grating layer formed of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer, the diffraction grating layer having a convex portion on the surface And a first diffraction grating forming layer in which concave portions are formed, and the first diffraction grating forming layer, and corresponding to the convex portions and the concave portions in the first diffraction grating forming layer. A second diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof; and a buried layer formed on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer. there, the refractive index of the first diffraction grating layer and n a When the refractive index in the second diffraction grating forming layer is n B and the refractive index in the buried layer is n C , n A > n B > n C , and the diffraction grating layer has the active The buried layer is a part of the upper cladding layer, and the buried layer and the upper cladding layer are formed of the same material. The upper cladding layer is made of a material containing InGaP, the first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs, and the second diffraction grating forming layer is made of AlGaAs. The second diffraction grating forming layer and the buried layer are of the same conductivity type.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、前記活性層の上に、半導体材料により上部クラッド層を形成する工程と、前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により回折格子層を形成する工程と、を有し、前記回折格子層を形成する工程は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を形成する工程と、前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を形成する工程と、前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、埋込層を形成する工程と、を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣであって、前記埋込層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されており、前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする。 According to another aspect of the present embodiment, a step of forming an active layer with a semiconductor material on a semiconductor substrate, and a step of forming an upper cladding layer with a semiconductor material on the active layer; Forming a diffraction grating layer with a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer, and forming the diffraction grating layer A step of forming a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof; and the protrusion of the first diffraction grating forming layer on the first diffraction grating forming layer. A step of forming a second diffraction grating forming layer formed on the surface with a convex portion and a concave portion corresponding to the concave portion and the concave portion, and on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer, Forming a buried layer, wherein If the refractive index of the first diffraction grating layer and n A, in which the refractive index in the second diffraction grating layer and n B, the refractive index of the buried layer and n C, n A> n B > I n C der, the buried layer is formed of a material containing InGaP, the first diffraction grating layer is formed of a material containing GaAs, the second diffraction grating formed layer is formed of a material containing AlGaAs, said buried layer and said second diffraction grating forming layer and wherein the same conductivity type der Rukoto.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、前記活性層の上に、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、上部クラッド層を半導体材料により形成する工程と、を有し、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、前記上部クラッド層における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣであって、前記上部クラッド層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されおり、前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、前記第２の回折格子形成層と前記上部クラッド層は同じ導電型であることを特徴とする。
According to another aspect of the present embodiment, a step of forming an active layer with a semiconductor material on a semiconductor substrate, and a convex portion and a concave portion are formed on the surface of the active layer. A step of forming the first diffraction grating forming layer from a semiconductor material; and a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion of the first diffraction grating forming layer on the first diffraction grating forming layer. Forming a second diffraction grating forming layer formed on the surface with a semiconductor material, and forming an upper cladding layer with the semiconductor material on the convex and concave portions of the second diffraction grating forming layer A refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , a refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and a refractive index in the upper cladding layer is n C. If a, n a> n B> n C I Oh, the upper cladding layer is formed of a material containing InGaP, the first diffraction grating layer is formed of a material containing GaAs, the second diffraction grating layer is AlGaAs The second diffraction grating forming layer and the upper cladding layer are of the same conductivity type .

開示の光半導体装置によれば、ＧａＡｓ基板上に形成されたＤＦＢレーザにおいて、レーザ発振におけるしきい値電流を低くすることができ、動作電流を低くすることができる。   According to the disclosed optical semiconductor device, in the DFB laser formed on the GaAs substrate, the threshold current in laser oscillation can be lowered, and the operating current can be lowered.

従来のＤＦＢレーザの斜視図A perspective view of a conventional DFB laser 従来のＤＦＢレーザにおける回折格子層の構造図Structure diagram of diffraction grating layer in conventional DFB laser 従来のＤＦＢレーザにおける回折格子層の説明図（１）Explanatory drawing of a diffraction grating layer in a conventional DFB laser (1) 従来のＤＦＢレーザにおける回折格子層の説明図（２）Explanatory drawing of a diffraction grating layer in a conventional DFB laser (2) 第１の実施の形態における光半導体装置の斜視図1 is a perspective view of an optical semiconductor device according to a first embodiment. 第１の実施の形態における光半導体装置の回折格子層の説明図Explanatory drawing of the diffraction grating layer of the optical semiconductor device in 1st Embodiment 第１の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（１）Process drawing (1) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 1st Embodiment 第１の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（２）Process drawing (2) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 1st Embodiment 第１の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（３）Process drawing of the manufacturing method of the optical semiconductor device in the first embodiment (3) 第１の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（４）Process drawing (4) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 1st Embodiment 第２の実施の形態における光半導体装置の斜視図The perspective view of the optical semiconductor device in 2nd Embodiment 第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（１）Process drawing (1) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 2nd Embodiment 第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（２）Process drawing (2) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 2nd Embodiment 第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（３）Process drawing (3) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 2nd Embodiment 第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（４）Process drawing (4) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 2nd Embodiment 第３の実施の形態における光半導体装置の斜視図The perspective view of the optical semiconductor device in 3rd Embodiment 量子ドット層の説明図Illustration of quantum dot layer 第３の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（１）Process drawing of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 3rd Embodiment (1) 第３の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（２）Process drawing (2) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 3rd Embodiment 第３の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（３）Process drawing (3) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 3rd Embodiment 第３の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（４）Process drawing (4) of the manufacturing method of the optical semiconductor device in 3rd Embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第１の実施の形態〕
最初に、図１に示す構造のＤＦＢレーザについて、更に詳細に説明する。ＤＦＢレーザにおいては、レーザ発振におけるしきい値電流を下げるためには、結合係数κの値は大きい方が好ましい。しかしながら、現状の技術では、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとにより回折格子層９２０を形成した場合、結合係数κを大きくすることは困難である。 [First Embodiment]
First, the DFB laser having the structure shown in FIG. 1 will be described in more detail. In the DFB laser, it is preferable that the coupling coefficient κ is large in order to reduce the threshold current in laser oscillation. However, with the current technology, when the diffraction grating layer 920 is formed of GaAs and AlGaAs, it is difficult to increase the coupling coefficient κ.

ここで、ＤＦＢレーザの発振しきい値利得や単一モード歩留りは、回折格子層９２０における結合係数κと共振器長Ｌの積に依存するため、結合係数κはＤＦＢレーザの発振特性に影響する重要なパラメータである。ここで、ｑ次の回折モードに対するκは、近似的には数１に示される式により表すことができる。
Here, since the oscillation threshold gain and the single mode yield of the DFB laser depend on the product of the coupling coefficient κ and the resonator length L in the diffraction grating layer 920, the coupling coefficient κ affects the oscillation characteristics of the DFB laser. It is an important parameter. Here, κ for the q-order diffraction mode can be approximately expressed by the equation shown in Equation 1.

Figure 0006186865
Figure 0006186865

尚、ｎ１は回折格子層９２０におけるｐ−ＧａＡｓ層９２４の屈折率であり、ｎ２はｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５の屈折率である。ｋは波数、βは導波光モードの伝搬定数、Γｇは回折格子層９２０における光閉じ込め係数、Λは凸部９２４ａと凹部９２４ｂにより形成される回折格子の周期、Λ1はｐ−ＧａＡｓ層９２４の凸部９２４ａの幅である。 Note that n 1 is the refractive index of the p-GaAs layer 924 in the diffraction grating layer 920, and n 2 is the refractive index of the p-AlGaAs buried layer 925. k is the wave number, β is the propagation constant of the guided light mode, Γ g is the optical confinement coefficient in the diffraction grating layer 920, Λ is the period of the diffraction grating formed by the convex part 924a and the concave part 924b, and Λ 1 is the p-GaAs layer 924. The width of the convex portion 924a.

数１に示される式より、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との屈折率差が大きいほど、結合係数κを大きくすることができる。ＤＦＢレーザにおいては、上述したように、発振しきい値利得を下げるためには、結合係数κの値は大きい方が好ましいことから、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との屈折率差は大きい方が好ましい。 From the equation shown in Formula 1 , the coupling coefficient κ can be increased as the refractive index difference between the refractive index n 1 and the refractive index n 2 is larger. In the DFB laser, as described above, in order to lower the oscillation threshold gain, it is preferable that the value of the coupling coefficient κ is large. Therefore, the refractive index difference between the refractive index n 1 and the refractive index n 2 is large. Is preferred.

図１に示される構造のＤＦＢレーザにおいては、回折格子層９２０はＧａＡｓとＡｌＧａＡｓにより形成されており、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの格子定数の差が０．１％程度しかないため、任意のＡｌ組成において、格子整合させることができる。よって、再成長界面において歪みが生じにくいという利点がある。   In the DFB laser having the structure shown in FIG. 1, the diffraction grating layer 920 is made of GaAs and AlGaAs, and the difference in lattice constant between GaAs and AlAs is only about 0.1%. Can be lattice matched. Therefore, there is an advantage that distortion hardly occurs at the regrowth interface.

ところで、回折格子層９２０は、図２に示されるように、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の表面に凸部９２４ａと凹部９２４ｂを形成し、凸部９２４ａと凹部９２４ｂの上に、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５を形成することにより形成される。このように、ＭＯＶＰＥにより形成されるｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５は、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の凸部９２４ａの上に形成された領域９２５ａと凹部９２４ｂの上に形成された領域９２５ｂとでは屈折率が異なる。   By the way, as shown in FIG. 2, the diffraction grating layer 920 has convex portions 924a and concave portions 924b formed on the surface of the p-GaAs layer 924, and p-AlGaAs buried on the convex portions 924a and concave portions 924b by MOVPE. It is formed by forming a buried layer 925. Thus, the p-AlGaAs buried layer 925 formed by MOVPE has a refractive index between the region 925a formed on the convex portion 924a of the p-GaAs layer 924 and the region 925b formed on the concave portion 924b. Is different.

これは、ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋込層９２５をＭＯＶＰＥ等により形成した場合、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の凹部９２４ｂに埋め込まれるＡｌＧａＡｓは、凸部９２４ａの上に成長するＡｌＧａＡｓよりも、Ａｌの組成が低くなるからである。このため、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の凹部９２４ｂに埋め込まれた領域９２５ｂにおけるＡｌＧａＡｓの屈折率は、領域９２５ａよりも低くなり、ｐ−ＧａＡｓ層９２４の凸部９２４ａを形成しているＧａＡｓの屈折率に近づくため、屈折率差が小さくなる。このように、回折格子層９２０において、屈折率差が小さくなると、結合係数κが低くなり、レーザ発振におけるしきい値電流が高くなってしまう。   This is because when the p-AlGaAs buried layer 925 is formed by MOVPE or the like, the AlGaAs buried in the concave portion 924b of the p-GaAs layer 924 has a lower Al composition than the AlGaAs grown on the convex portion 924a. Because. For this reason, the refractive index of AlGaAs in the region 925b embedded in the concave portion 924b of the p-GaAs layer 924 is lower than that of the region 925a, and the refractive index of GaAs forming the convex portion 924a of the p-GaAs layer 924 is reduced. Since it approaches, the refractive index difference becomes small. Thus, in the diffraction grating layer 920, when the refractive index difference is small, the coupling coefficient κ is low, and the threshold current in laser oscillation is high.

ここで、図３に示されるように、ＧａＡｓ基板９５０の表面に、回折格子を形成するための凸部９５０ａと凹部９５０ｂとを形成し、ＭＯＶＰＥにより、ＡｌＧａＡｓ層９５１を結晶成長させる実験を行った。尚、ＡｌＧａＡｓ層は、平坦な基板に結晶成長させた場合に、組成がＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓとなる成長条件により成長させた。図３では、回折格子の形状は便宜上、矩形状で示している。 Here, as shown in FIG. 3, an experiment was conducted in which a convex portion 950a and a concave portion 950b for forming a diffraction grating were formed on the surface of a GaAs substrate 950, and an AlGaAs layer 951 was crystal-grown by MOVPE. . Incidentally, the AlGaAs layer was grown under the growth conditions such that the composition was Al 0.32 Ga 0.68 As when the crystal was grown on a flat substrate. In FIG. 3, the shape of the diffraction grating is shown as a rectangle for convenience.

このように作製した試料を分析した結果、ＧａＡｓ基板９５０の凸部９５０ａの上に成長したＡｌＧａＡｓ層９５１における領域９５１ａのＡｌの組成比は約０．３６であった。また、凹部９５０ｂに埋め込まれるＡｌＧａＡｓ層９５１における領域９５１ｂのＡｌの組成比は約０．２５であった。即ち、ＡｌＧａＡｓ層９５１において、ＧａＡｓ基板９５０の凹部９５０ｂに埋め込まれる領域９５１ｂには、略Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが形成され、凸部９５０ａの上に成長した領域９５１ａには、略Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ａｓが形成されていた。 As a result of analyzing the sample thus fabricated, the Al composition ratio of the region 951a in the AlGaAs layer 951 grown on the convex portion 950a of the GaAs substrate 950 was about 0.36. Further, the Al composition ratio in the region 951b in the AlGaAs layer 951 embedded in the recess 950b was about 0.25. That is, in the AlGaAs layer 951, substantially Al 0.25 Ga 0.75 As is formed in the region 951b embedded in the recess 950b of the GaAs substrate 950, and approximately Al Al is formed in the region 951a grown on the protrusion 950a. 0.36 Ga 0.64 As was formed.

このように、ＡｌＧａＡｓ層９５１において、図３に示されるような組成変調が生じている場合における屈折率の等価モデルを図４に示す。図４に示されるように、ＧａＡｓ基板９５０に凸部９５０ａが形成されている領域に対応する領域９５２ａでは、ＧａＡｓ基板９５０における組成とＡｌＧａＡｓ層９５１における領域９５１ａのＡｌの組成とが平均化され、略Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓとなる。また、ＧａＡｓ基板９５０の凹部９５０ｂにＡｌＧａＡｓ層９５１が埋め込まれる領域９５１ｂに対応する領域９５２ｂでは、領域９５１ｂであるため、組成はＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓである。よって、図４に示されるように、回折格子層９２０は、組成がＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓとなる領域９５２ａと組成がＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとなる領域９５２ｂとが交互に形成された周期構造の回折格子とみなすことができる。 FIG. 4 shows an equivalent model of the refractive index when the compositional modulation as shown in FIG. 3 occurs in the AlGaAs layer 951 as described above. As shown in FIG. 4, in the region 952a corresponding to the region where the convex portion 950a is formed on the GaAs substrate 950, the composition in the GaAs substrate 950 and the Al composition in the region 951a in the AlGaAs layer 951 are averaged. It becomes substantially Al 0.18 Ga 0.82 As. The region 952b corresponding to the region 951b in which the AlGaAs layer 951 is embedded in the concave portion 950b of the GaAs substrate 950 is the region 951b, and thus the composition is Al 0.25 Ga 0.75 As. Therefore, as shown in FIG. 4, in the diffraction grating layer 920, regions 952a whose composition is Al 0.18 Ga 0.82 As and regions 952b whose composition is Al 0.25 Ga 0.75 As are alternately arranged. It can be regarded as a diffraction grating having a periodic structure formed in (1).

図４に示されるような周期構造の回折格子では、領域９５２ａと領域９５２ｂとにおけるＡｌの組成の差が０．０７しかないため、実効的に得られる屈折率差が小さくなり、数１に示される式より得られる結合係数κは著しく低い値となる。このため、ＤＦＢレーザにおいて発振のしきい値電流が高くなり、発振特性が悪くなってしまう。例えば、ＧａＡｓの屈折率は波長１．０６μｍ帯において３．４９であり、Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓの屈折率は３．３２であり、ＡｌＧａＡｓにおいてはＡｌの組成に対し、屈折率が線形に変化すると仮定する。この場合、ＧａＡｓとＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓとでは、屈折率差は０．１７であり、屈折率の２乗の差は１．２である。これに対し、Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２ＡｓとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとでは、屈折率差は約０．０３であり、屈折率の２乗の差は０．２０であり、屈折率差及び屈折率の２乗の差が極めて小さくなる。尚、ＡｌＧａＡｓ層９５１においてＡｌの組成の高い条件で結晶成長させたとしても、ＡｌＧａＡｓ層９５１において組成変調が生じ屈折率差が打ち消されてしまうため、結合係数κを大きくすることは困難である。 In the diffraction grating having the periodic structure as shown in FIG. 4, since the difference in the Al composition between the region 952a and the region 952b is only 0.07, the refractive index difference that is effectively obtained is small. The coupling coefficient κ obtained from the above equation is extremely low. For this reason, in the DFB laser, the oscillation threshold current is increased and the oscillation characteristics are deteriorated. For example, the refractive index of GaAs is 3.49 in the wavelength 1.06 μm band, the refractive index of Al 0.32 Ga 0.68 As is 3.32, and the refractive index of AlGaAs is lower than that of Al. Assume that it changes linearly. In this case, the difference in refractive index between GaAs and Al 0.32 Ga 0.68 As is 0.17, and the difference in the square of the refractive index is 1.2. On the other hand, between Al 0.18 Ga 0.82 As and Al 0.25 Ga 0.75 As, the difference in refractive index is about 0.03, and the difference in the square of the refractive index is 0.20. The difference in refractive index and the square of the refractive index are extremely small. Even if the AlGaAs layer 951 is crystal-grown under conditions with a high Al composition, compositional modulation occurs in the AlGaAs layer 951 and the refractive index difference is canceled out, so it is difficult to increase the coupling coefficient κ.

（光半導体装置）
次に、第１の実施の形態における光半導体装置について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、ＤＦＢレーザであり、図５に示されるように、ＧａＡｓ基板の上に形成されたリッジ導波路が形成されている波長１．０６μｍ帯の半導体レーザである。本実施の形態におけるＤＦＢレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓにより下部クラッド層２１、量子井戸活性層２２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３、ｐ−ＧａＡｓ層２４が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面には凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されており、凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されたｐ−ＧａＡｓ層２４の上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６が積層して形成されている。 (Optical semiconductor device)
Next, the optical semiconductor device in the first embodiment will be described. The optical semiconductor device in the present embodiment is a DFB laser, and as shown in FIG. 5, a semiconductor laser having a wavelength of 1.06 μm in which a ridge waveguide formed on a GaAs substrate is formed. In the DFB laser according to the present embodiment, a lower cladding layer 21, a quantum well active layer 22, a p-AlGaAs layer 23, and a p-GaAs layer 24 are formed on an n-GaAs substrate 10 by n-AlGaAs. A convex portion 24a and a concave portion 24b are formed on the surface of the p-GaAs layer 24. On the p-GaAs layer 24 on which the convex portion 24a and the concave portion 24b are formed, a p-AlGaAs layer 25, a p-InGaP layer are formed. The layer 26 is formed by laminating.

本実施の形態における光半導体装置においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６により回折格子層２０が形成されている。図６に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａと凹部２４ｂは、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面を加工することにより、周期的に形成されており、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａと凹部２４ｂとの高低差Ｔ１が約２５ｎｍとなるように形成されている。尚、ｐ−ＧａＡｓ層２４を形成しているＧａＡｓの屈折率は、波長１．０６μｍ帯においては約３．４９である。   In the optical semiconductor device according to the present embodiment, the diffraction grating layer 20 is formed by the p-GaAs layer 24, the p-AlGaAs layer 25, and the p-InGaP layer 26. As shown in FIG. 6, the convex portion 24 a and the concave portion 24 b in the p-GaAs layer 24 are periodically formed by processing the surface of the p-GaAs layer 24, and the convex portion in the p-GaAs layer 24 is formed. The height difference T1 between 24a and the recess 24b is about 25 nm. The refractive index of GaAs forming the p-GaAs layer 24 is about 3.49 in the wavelength 1.06 μm band.

ｐ−ＧａＡｓ層２４の上には、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５が形成されている。ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５をＭＯＶＰＥにより形成することにより、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａの上には、厚さＳ１が約１５ｎｍ、凹部２４ｂの上には、厚さＳ２が約３０ｎｍとなるように、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５が形成される。よって、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面には、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａ及び凹部２４ｂの形状を反映した凸部２５ａ及び凹部２５ｂが形成される。このように形成されるｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａと凹部２５ｂとの高低差Ｔ２は約１０ｎｍである。尚、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓと記載した場合に、０＜Ｘ≦０．５となる組成により形成されており、屈折率は、波長１．０６μｍ帯においておおよそ３．２２以上、３．４９未満である。尚、Ｘの値、即ち、Ａｌ組成を０．５以下とすることにより、ＡｌＧａＡｓの価電子帯側のバンド端エネルギー準位は、常にＧａＡｓとＩｎＧａＰの価電子帯バンド端エネルギー準位の間に位置することになる。これにより、ｎ型の半導体基板を用いた半導体レーザにおいては、上面電極４１からの正孔の流れを妨げることなく、抵抗を低くすることができる。 A p-AlGaAs layer 25 is formed on the p-GaAs layer 24 by MOVPE. By forming the p-AlGaAs layer 25 by MOVPE, the thickness S1 is about 15 nm on the convex portion 24a in the p-GaAs layer 24, and the thickness S2 is about 30 nm on the concave portion 24b. Then, the p-AlGaAs layer 25 is formed. Therefore, convex portions 25 a and concave portions 25 b reflecting the shapes of the convex portions 24 a and the concave portions 24 b in the p-GaAs layer 24 are formed on the surface of the p-AlGaAs layer 25. In the p-AlGaAs layer 25 thus formed, the height difference T2 between the convex portion 25a and the concave portion 25b is about 10 nm. The p-AlGaAs layer 25 is formed with a composition satisfying 0 <X ≦ 0.5 when described as Al X Ga 1-X As, and the refractive index is approximately 3 in the wavelength 1.06 μm band. .22 or more and less than 3.49. By setting the value of X, that is, the Al composition to 0.5 or less, the band edge energy level on the valence band side of AlGaAs is always between the band edge energy levels of GaAs and InGaP. Will be located. Thereby, in the semiconductor laser using the n-type semiconductor substrate, the resistance can be lowered without hindering the flow of holes from the upper surface electrode 41.

ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上には、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＩｎＧａＰ層２６が形成されている。ｐ−ＩｎＧａＰ層２６は、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐにより形成されており、屈折率は、波長１．０６μｍ帯においては約３．１２である。ｐ−ＩｎＧａＰ層２６は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａと凹部２５ｂを埋め込むように形成されており、表面は略平坦となっている。よって、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａの上よりも、凹部２５ｂの上において厚く形成される。即ち、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上よりも、凹部２４ｂの上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５を介し、屈折率の低いｐ−ＩｎＧａＰ層２６が厚く形成されている。これにより、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凹部２４ｂに形成される半導体層における屈折率を低くすることができ、回折格子層２０における屈折率差を大きくすることができる。 A p-InGaP layer 26 is formed on the p-AlGaAs layer 25 by MOVPE. The p-InGaP layer 26 is made of In 0.49 Ga 0.51 P, and its refractive index is about 3.12. The p-InGaP layer 26 is formed so as to fill the convex portions 25a and the concave portions 25b in the p-AlGaAs layer 25, and has a substantially flat surface. Therefore, the p-InGaP layer 26 is formed thicker on the concave portion 25 b than on the convex portion 25 a in the p-AlGaAs layer 25. That is, the p-InGaP layer 26 having a low refractive index is formed thicker on the concave portion 24 b than the convex portion 24 a of the p-GaAs layer 24 via the p-AlGaAs layer 25. Thereby, the refractive index in the semiconductor layer formed in the recess 24b of the p-GaAs layer 24 can be lowered, and the refractive index difference in the diffraction grating layer 20 can be increased.

尚、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４を第１の回折格子形成層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５を第２の回折格子形成層、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６を埋込層と記載する場合がある。また、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４における屈折率をｎＡとし、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における屈折率をｎＢとし、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣとなるように形成されている。 In this embodiment, the p-GaAs layer 24 is described as a first diffraction grating formation layer, the p-AlGaAs layer 25 is described as a second diffraction grating formation layer, and the p-InGaP layer 26 is described as a buried layer. There is. In this embodiment, when the refractive index in the p-GaAs layer 24 is n A , the refractive index in the p-AlGaAs layer 25 is n B, and the refractive index in the p-InGaP layer 26 is n C , It is formed so that n A > n B > n C.

埋込層となるｐ−ＩｎＧａＰ層２６の上には、ＭＯＶＰＥにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓにより上部クラッド層２７が形成されており、上部クラッド層２７の上にはｐ−ＧａＡｓによりコンタクト層２８が形成されている。このように、上部クラッド層２７を形成することにより、上部クラッド層２７の直下の領域における量子井戸活性層２２には、光導波路が形成される。量子井戸活性層２２は、ＩｎＧａＡｓにより形成される井戸層とＧａＡｓにより形成されるバリア層とを交互に積層することにより形成されている。   An upper cladding layer 27 is formed on the p-InGaP layer 26 to be a buried layer by MOVPE and by p-AlGaAs. A contact layer 28 is formed on the upper cladding layer 27 by p-GaAs. ing. In this way, by forming the upper cladding layer 27, an optical waveguide is formed in the quantum well active layer 22 in a region immediately below the upper cladding layer 27. The quantum well active layer 22 is formed by alternately stacking well layers formed of InGaAs and barrier layers formed of GaAs.

上部クラッド層２７及びコンタクト層２８は、最初に、上部クラッド層２７及びコンタクト層２８を形成するための半導体膜をｐ−ＩｎＧａＰ層２６の上に形成する。この後、上部クラッド層２７等が形成される領域を除く領域の半導体膜をドライエッチング等により除去することにより形成する。ドライエッチング等により露出したｐ−ＩｎＧａＰ層２６の表面及び上部クラッド層２７及びコンタクト層２８の側面には、酸化シリコン等により保護膜３１が形成されている。更に、保護膜３１及びコンタクト層２８の上には、上面電極４１が形成されており、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には下面電極４２が形成されている。尚、図５には図示されていないが、レーザ光が出射される量子井戸活性層２２の一方の端面には反射防止膜が形成されており、一方の端面とは反対の他方の端面には高反射膜が形成されている。   For the upper cladding layer 27 and the contact layer 28, first, a semiconductor film for forming the upper cladding layer 27 and the contact layer 28 is formed on the p-InGaP layer 26. Thereafter, the semiconductor film in the region excluding the region where the upper cladding layer 27 and the like are formed is formed by removing by dry etching or the like. A protective film 31 is formed of silicon oxide or the like on the surface of the p-InGaP layer 26 and the side surfaces of the upper cladding layer 27 and the contact layer 28 exposed by dry etching or the like. Furthermore, an upper surface electrode 41 is formed on the protective film 31 and the contact layer 28, and a lower surface electrode 42 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 10. Although not shown in FIG. 5, an antireflection film is formed on one end face of the quantum well active layer 22 from which laser light is emitted, and the other end face opposite to the one end face is formed. A highly reflective film is formed.

次に、本実施の形態における光半導体装置において、回折格子層２０における屈折率差について説明する。尚、ＧａＡｓの屈折率は波長１．０６μｍ帯において３．４９であり、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐの屈折率は３．１２であり、Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓの屈折率は３．３２であり、ＡｌＧａＡｓはＡｌの組成に対し、屈折率が線形に変化すると仮定する。また、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５では、図３にして説明した場合と同様の組成変調が生じているものとする。 Next, the refractive index difference in the diffraction grating layer 20 in the optical semiconductor device in the present embodiment will be described. The refractive index of GaAs is 3.49 at a wavelength of 1.06 μm, the refractive index of In 0.49 Ga 0.51 P is 3.12, and the refractive index of Al 0.32 Ga 0.68 As. Is 3.32, and AlGaAs is assumed to have a refractive index that varies linearly with respect to the Al composition. In the p-AlGaAs layer 25, the same compositional modulation as that described with reference to FIG.

上述した構造の光半導体装置では、回折格子層２０において、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上には、厚さが１５ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、厚さが１０ｎｍのｐ−ＩｎＧａＰ層２６が積層して形成されている。即ち、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａが形成されている領域では、厚さが２５ｎｍのＧａＡｓ、厚さが１５ｎｍのＡｌ０．３６Ｇａ０．６４Ａｓ、厚さが１０ｎｍのＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐが積層して形成されている。また、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凹部２４ｂの上には、厚さが３０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、厚さが２０ｎｍのｐ−ＩｎＧａＰ層２６が積層して形成されている。即ち、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凹部２４ｂが形成されている領域では、厚さが３０ｎｍのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ、厚さが２０ｎｍのＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐが積層して形成されている。 In the optical semiconductor device having the structure described above, in the diffraction grating layer 20, the p-AlGaAs layer 25 having a thickness of 15 nm and the p-InGaP layer 26 having a thickness of 10 nm are formed on the convex portion 24 a of the p-GaAs layer 24. Are stacked. That is, in the region where the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 is formed, GaAs having a thickness of 25 nm, Al 0.36 Ga 0.64 As having a thickness of 15 nm, and In 0.49 having a thickness of 10 nm. Ga 0.51 P is laminated. Further, a p-AlGaAs layer 25 having a thickness of 30 nm and a p-InGaP layer 26 having a thickness of 20 nm are stacked on the recess 24 b of the p-GaAs layer 24. That is, in the region where the recess 24b of the p-GaAs layer 24 is formed, Al 0.25 Ga 0.75 As having a thickness of 30 nm and In 0.49 Ga 0.51 P having a thickness of 20 nm are stacked. Is formed.

よって、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａが形成されている領域と凹部２４ｂが形成されている領域における屈折率差は、約０．１となり、図１に示される構造のＤＦＢレーザと比べて、屈折率差を大きくすることができる。これにより結合係数を大きくすることができ、レーザ発振におけるしきい値を低くすることができ、動作電流を低くすることができる。   Therefore, in this embodiment, the refractive index difference between the region where the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 is formed and the region where the concave portion 24b is formed is about 0.1, which is shown in FIG. Compared with a DFB laser having a structure, the refractive index difference can be increased. As a result, the coupling coefficient can be increased, the threshold for laser oscillation can be lowered, and the operating current can be lowered.

（光半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における光半導体装置の製造方法について説明する。 (Manufacturing method of optical semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device in the present embodiment will be described.

最初に、図７（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の上に、下部クラッド層２１、量子井戸活性層２２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３、ｐ−ＧａＡｓ層２４等の半導体層を形成する。これらの半導体層は、ＭＯＶＰＥ、または、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー)によりエピタキシャル成長させることにより形成する。   First, as shown in FIG. 7A, semiconductor layers such as a lower cladding layer 21, a quantum well active layer 22, a p-AlGaAs layer 23, and a p-GaAs layer 24 are formed on an n-GaAs substrate 10. To do. These semiconductor layers are formed by epitaxial growth using MOVPE or MBE (Molecular Beam Epitaxy).

ｎ−ＧａＡｓ基板１０は、ｎ型となる不純物元素がドープされたｎ−ＧａＡｓ（１００）基板である。下部クラッド層２１は、ｎ型となる不純物元素がドープされている厚さが約２．０μｍのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成されている。量子井戸活性層２２は、アンドープのＩｎＧａＡｓにより形成された井戸層とアンドープのＧａＡｓにより形成されたバリア層とを交互に積層することにより形成されている。 The n-GaAs substrate 10 is an n-GaAs (100) substrate doped with an n-type impurity element. The lower cladding layer 21 is made of n-Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 2.0 μm doped with an n-type impurity element. The quantum well active layer 22 is formed by alternately laminating a well layer formed of undoped InGaAs and a barrier layer formed of undoped GaAs.

ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３は、ｐ型となる不純物元素がドープされている厚さが約３００ｎｍのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層２４は、ｐ型となる不純物元素がドープされている厚さが約６０ｎｍのｐ−ＧａＡｓにより形成されている。 The p-AlGaAs layer 23 is made of p-Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 300 nm doped with a p-type impurity element. The p-GaAs layer 24 is formed of p-GaAs having a thickness of about 60 nm doped with a p-type impurity element.

本実施の形態においては、例えば、量子井戸活性層２２は、アンドープのＩｎＧａＡｓにより井戸層の厚さが約７ｎｍとなるように形成されており、アンドープのＧａＡｓによりバリア層の厚さが約２０ｎｍとなるように形成されている。また、本実施の形態においては、井戸層を形成しているＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成は約０．２５、即ち、ＩｎＹＧａ１−ＹＡｓと記載した場合に、Ｙの値が約０．２５となるように形成されており、量子井戸活性層２２には井戸層が２層形成されている。これにより、量子井戸活性層２２における量子井戸構造の遷移波長が約１．０６μｍ（１０６０ｎｍ）となるように調整されている。 In the present embodiment, for example, the quantum well active layer 22 is formed of undoped InGaAs so that the well layer has a thickness of about 7 nm, and the undoped GaAs has a barrier layer thickness of about 20 nm. It is formed to become. In the present embodiment, the In composition in the InGaAs forming the well layer is about 0.25, that is, when Y Y is expressed as In Y Ga 1-Y As, the value of Y is about 0.25. The quantum well active layer 22 is formed with two well layers. Thereby, the transition wavelength of the quantum well structure in the quantum well active layer 22 is adjusted to be about 1.06 μm (1060 nm).

次に、図７（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に、回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂを形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, convex portions 24 a and concave portions 24 b for forming a diffraction grating are formed on the surface of the p-GaAs layer 24.

具体的には、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に、ＣＶＤ等により厚さが約５０ｎｍの不図示の酸化シリコン膜を成膜する。この後、成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の上に、レジストを塗布し、ＥＢ（Electron Beam：電子ビーム）露光装置による露光、現像を行うことにより、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜を除去することにより、酸化シリコンによるマスクを形成する。この後、レジストパターンを有機溶剤等により除去し、酸化シリコンにより形成されたマスクを用い、ウェットエッチングにより、酸化シリコンが形成されていない領域におけるｐ−ＧａＡｓ層２４の表面の一部を除去する。このウェットエッチングでは、エッチング液として、アンモニア水、過酸化水素水、水からなる混合溶液が用いられる。この後、不図示の酸化シリコン膜により形成されたマスクは、バッファードフッ酸等により除去する。 Specifically, a silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed on the surface of the p-GaAs layer 24 by CVD or the like. Thereafter, a resist is applied on the formed silicon oxide (SiO 2 ) film, and exposure and development are performed by an EB (Electron Beam) exposure apparatus to form a resist pattern (not shown). . Thereafter, a silicon oxide mask is formed by removing the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed by RIE (Reactive Ion Etching) using CF 4 gas. Thereafter, the resist pattern is removed with an organic solvent or the like, and a part of the surface of the p-GaAs layer 24 in a region where silicon oxide is not formed is removed by wet etching using a mask formed of silicon oxide. In this wet etching, a mixed solution composed of ammonia water, hydrogen peroxide water, and water is used as an etchant. Thereafter, the mask formed of a silicon oxide film (not shown) is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

尚、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂのパターンは、ｐ−ＧａＡｓ層２４において＜０−１１＞方向に沿うように形成する。また、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂの周期は、発振波長が１．０６μｍ近傍における所望の値となるように、約１６０ｎｍとなるように形成する。このようにｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される凸部２４ａと凹部２４ｂは、凹部２４ｂの深さ、即ち、凸部２４ａと凹部２４ｂとの高低差は、約２５ｎｍとなるように形成する。このようにして、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に凸部２４ａと凹部２４ｂを形成することにより、凸部２４ａと凹部２４ｂの間に形成される斜面は、主に（１１１）Ａ面となる。   In addition, the pattern of the convex part 24a and the concave part 24b for forming the diffraction grating formed on the surface of the p-GaAs layer 24 is formed along the <0-11> direction in the p-GaAs layer 24. Further, the period of the convex portion 24a and the concave portion 24b for forming the diffraction grating formed on the surface of the p-GaAs layer 24 is about 160 nm so that the oscillation wavelength becomes a desired value in the vicinity of 1.06 μm. To form. Thus, the convex part 24a and the concave part 24b formed on the surface of the p-GaAs layer 24 are formed so that the depth of the concave part 24b, that is, the height difference between the convex part 24a and the concave part 24b is about 25 nm. . Thus, by forming the convex portion 24a and the concave portion 24b on the surface of the p-GaAs layer 24, the slope formed between the convex portion 24a and the concave portion 24b is mainly the (111) A plane.

次に、図８（ａ）に示すように、表面に凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されているｐ−ＧａＡｓ層２４の上に、ＭＯＶＰＥにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５及びｐ−ＩｎＧａＰ層２６を形成する。   Next, as shown in FIG. 8A, a p-AlGaAs layer 25 and a p-InGaP layer 26 are formed by MOVPE on the p-GaAs layer 24 having the convex portions 24a and the concave portions 24b formed on the surface. Form.

具体的には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、平坦なＧａＡｓ基板に成膜した際、Ａｌ組成が０．３２となる条件で、即ち、Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓが形成される条件で、ｐ型となる不純物元素をドープして形成する。本実施の形態においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、表面に凸部２５ａと凹部２５ｂが形成されている状態で結晶成長を停止する。例えば、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上において厚さが約１５ｎｍ、凹部２４ｂの上において厚さが約３０ｎｍとなった状態で、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の結晶成長を停止する。これにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面に形成される凸部２５ａと凹部２５ｂは、凹部２５ｂの深さ、即ち、凸部２５ａと凹部２５ｂとの高低差が約１０ｎｍとなるように形成する。 Specifically, when the p-AlGaAs layer 25 is formed on a flat GaAs substrate, the Al composition is 0.32, that is, Al 0.32 Ga 0.68 As is formed. , Doped with a p-type impurity element. In the present embodiment, the p-AlGaAs layer 25 stops crystal growth in a state where the convex portion 25a and the concave portion 25b are formed on the surface. For example, the p-AlGaAs layer 25 has a thickness of about 15 nm on the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 and a thickness of about 30 nm on the concave portion 24b. Stop growing. Thereby, the convex part 25a and the concave part 25b formed on the surface of the p-AlGaAs layer 25 are formed so that the depth of the concave part 25b, that is, the height difference between the convex part 25a and the concave part 25b is about 10 nm.

これにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上の領域における組成は、略Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ａｓとなり、凹部２４ｂの上の領域における組成は、略Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとなるように形成される。尚、このようにして、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面に凸部２５ａと凹部２５ｂを形成することにより、凸部２５ａと凹部２５ｂの間に形成される斜面は、主に（３１１）Ａ面となる。 Thus, the composition of the p-AlGaAs layer 25 in the region above the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 is substantially Al 0.36 Ga 0.64 As, and the composition in the region above the concave portion 24b is approximately. It is formed to be Al 0.25 Ga 0.75 As. In this way, by forming the convex portion 25a and the concave portion 25b on the surface of the p-AlGaAs layer 25, the slope formed between the convex portion 25a and the concave portion 25b is mainly the (311) A plane. Become.

この後、凸部２５ａと凹部２５ｂが形成されているｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に、ＭＯＶＰＥにより、ｐ型となる不純物元素がドープされているｐ−ＩｎＧａＰ層２６を表面が略平坦になるまで形成する。ｐ−ＩｎＧａＰ層２６は、組成がＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐとなるような条件で形成されている。これにより、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の凸部２５ａの上において厚さが約１０ｎｍ、凹部２５ｂの上において厚さが約２０ｎｍとなるように形成される。これにより、ｐ−ＧａＡｓ層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５及びｐ−ＩｎＧａＰ層２６により回折格子層２０が形成される。 Thereafter, the p-InGaP layer 26 doped with the p-type impurity element is formed by MOVPE on the p-AlGaAs layer 25 where the convex portions 25a and the concave portions 25b are formed until the surface becomes substantially flat. Form. The p-InGaP layer 26 is formed under conditions such that the composition is In 0.49 Ga 0.51 P. Thereby, the p-InGaP layer 26 is formed to have a thickness of about 10 nm on the convex portion 25a of the p-AlGaAs layer 25 and a thickness of about 20 nm on the concave portion 25b. Thus, the diffraction grating layer 20 is formed by the p-GaAs layer 24, the p-AlGaAs layer 25, and the p-InGaP layer 26.

次に、図８（ｂ）に示すように、ＭＯＶＰＥにより、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６の上に、上部クラッド層２７を形成するためのｐ−ＡｌＧａＡｓ膜２７ａ、コンタクト層２８を形成するためのｐ−ＧａＡｓ膜２８ａを順次積層して形成する。具体的には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ膜２７ａは、ｐ型となる不純物元素がドープされているＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを厚さ約１．０μｍ結晶成長させることにより形成する。また、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａは、ｐ型となる不純物元素をドープしたＧａＡｓを厚さ３００ｎｍ結晶成長させることにより形成する。 Next, as shown in FIG. 8B, a p-AlGaAs film 27a for forming the upper cladding layer 27 and a p- for forming the contact layer 28 are formed on the p-InGaP layer 26 by MOVPE. A GaAs film 28a is sequentially stacked. Specifically, the p-AlGaAs film 27a is formed by growing Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 1.0 μm doped with a p-type impurity element. The p-GaAs film 28a is formed by growing GaAs doped with a p-type impurity element to a thickness of 300 nm.

次に、図９（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａの上に、＜０−１−１＞方向に沿った酸化シリコンマスク６１を形成する。具体的には、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａの上に、ＣＶＤにより酸化シリコン膜を成膜し、酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、酸化シリコンマスク６１が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜をＲＩＥ等のドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去することにより、酸化シリコンマスク６１を形成する。尚、この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide mask 61 along the <0-1-1> direction is formed on the p-GaAs film 28a. Specifically, a silicon oxide film is formed on the p-GaAs film 28a by CVD, a photoresist is applied on the silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby silicon oxide is formed. A resist pattern (not shown) is formed in a region where the mask 61 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 61 in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE or wet etching, thereby forming a silicon oxide mask 61. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図９（ｂ）に示すように、酸化シリコンマスク６１をマスクとして、酸化シリコンマスク６１が形成されていない領域におけるｐ−ＡｌＧａＡｓ膜２７ａ及びｐ−ＧａＡｓ膜２８ａをウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングにおいては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水、水の混合溶液や、リン酸、過酸化水素水、水の混合溶液をエッチング液として用いる。これらのエッチング液を用いることにより、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６の表面が露出した状態でエッチングがストップするため、エッチングの制御を良好に行うことができる。これにより、酸化シリコンマスク６１が形成されている領域において残存するｐ−ＡｌＧａＡｓ膜２７ａ及びｐ−ＧａＡｓ膜２８ａにより、上部クラッド層２７及びコンタクト層２８が形成される。このように形成された上部クラッド層２７の幅Ｗは約２μｍであり、幅Ｗが約２μｍの上部クラッド層２７が形成されている領域の下の量子井戸活性層２２において、光導波路が形成されるリッジ導波路構造が形成される。この後、酸化シリコンマスク６１は、バッファードフッ酸等により除去する。   Next, as shown in FIG. 9B, using the silicon oxide mask 61 as a mask, the p-AlGaAs film 27a and the p-GaAs film 28a in the region where the silicon oxide mask 61 is not formed are removed by wet etching. In this wet etching, for example, a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution, and water, or a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution, and water is used as an etching solution. By using these etching solutions, the etching is stopped with the surface of the p-InGaP layer 26 exposed, so that the etching can be controlled satisfactorily. Thus, the upper cladding layer 27 and the contact layer 28 are formed by the p-AlGaAs film 27a and the p-GaAs film 28a remaining in the region where the silicon oxide mask 61 is formed. The width W of the upper clad layer 27 thus formed is about 2 μm, and an optical waveguide is formed in the quantum well active layer 22 below the region where the upper clad layer 27 having a width W of about 2 μm is formed. A ridge waveguide structure is formed. Thereafter, the silicon oxide mask 61 is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

次に、図１０に示すように、上部クラッド層２７及びコンタクト層２８の側面、ｐ−ＩｎＧａＰ層２６の上にパッシベーション膜となる保護膜３１を形成し、コンタクト層２８の上に上面電極４１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面に、下面電極４２を形成する。この後、所望の共振器長となるように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０をへき開し、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に反射防止膜を形成し、一方の端面とは反対側の他方の端面に高反射膜を成膜する。   Next, as shown in FIG. 10, a protective film 31 serving as a passivation film is formed on the side surfaces of the upper cladding layer 27 and the contact layer 28 and on the p-InGaP layer 26, and the upper surface electrode 41 is formed on the contact layer 28. Then, the lower surface electrode 42 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 10. Thereafter, the n-GaAs substrate 10 is cleaved so as to have a desired resonator length, and an antireflection film is formed on one end face from which laser light is emitted on the cleaved face. A highly reflective film is formed on the other end face.

具体的には、上部クラッド層２７の側面、コンタクト層２８及びｐ−ＩｎＧａＰ層２６の上に、ＣＶＤによりパッシベーション膜となる保護膜３１を形成するための酸化シリコン膜を形成する。この後、形成された酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、酸化シリコン膜を介したコンタクト層２８が形成されている領域の上に、開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜を、エッチング液としてバッファードフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去することにより、残存する酸化シリコン膜により、パッシベーション膜となる保護膜３１を形成する。尚、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Specifically, a silicon oxide film is formed on the side surface of the upper cladding layer 27, the contact layer 28, and the p-InGaP layer 26 to form a protective film 31 that becomes a passivation film by CVD. Thereafter, a photoresist is applied on the formed silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed on the region where the contact layer 28 is formed via the silicon oxide film. A resist pattern (not shown) having a portion is formed. Thereafter, the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid or the like as an etching solution, whereby the protective film 31 that becomes a passivation film by the remaining silicon oxide film. Form. The resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

この後、コンタクト層２８及び保護膜３１の上に、真空蒸着またはスパッタリング等により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより上面電極４１を形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には、真空蒸着またはスパッタリング等により、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより下面電極４２を形成する。この後、所望の共振器長、例えば、共振器長が５００μｍとなるように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０をへき開した後、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に誘電体膜等により反射防止膜を形成し、他方の端面に誘電体膜等により高反射膜を成膜する。   Thereafter, the upper electrode 41 is formed by forming a metal laminated film made of Ti / Pt / Au on the contact layer 28 and the protective film 31 by vacuum deposition or sputtering. Further, a lower electrode 42 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 10 by depositing a metal laminated film made of AuGe / Au by vacuum deposition or sputtering. Thereafter, the n-GaAs substrate 10 is cleaved so that the desired resonator length, for example, the resonator length is 500 μm, and then reflected by a dielectric film or the like on one end face from which laser light is emitted on the cleavage plane. A prevention film is formed, and a highly reflective film is formed on the other end face by a dielectric film or the like.

これにより、本実施の形態における光半導体装置を作製することができる。本実施の形態における光半導体装置は、ＧａＡｓ基板に形成された波長１．０６μｍ帯のリッジ導波路型のＤＦＢレーザであり、計算により得られる回折格子層２０における結合係数κは３０ｃｍ−1である。 Thus, the optical semiconductor device in this embodiment can be manufactured. The optical semiconductor device in the present embodiment is a ridge waveguide type DFB laser with a wavelength of 1.06 μm formed on a GaAs substrate, and the coupling coefficient κ in the diffraction grating layer 20 obtained by calculation is 30 cm −1 . .

尚、本実施の形態の光半導体装置は、回折格子層２０の位置が、量子井戸活性層２２の下側となるｎ−ＧａＡｓ基板１０側に形成されたものであってもよい。また、本実施の形態における光半導体装置とＰＰＬＮ素子とを用いることにより緑色のレーザ光を出射する緑色レーザモジュールを形成することができる。また、本実施の形態は、レーザ以外の光半導体装置であって、回折格子層が形成される光半導体装置にも適用することが可能である。   In the optical semiconductor device of the present embodiment, the position of the diffraction grating layer 20 may be formed on the n-GaAs substrate 10 side which is below the quantum well active layer 22. In addition, a green laser module that emits green laser light can be formed by using the optical semiconductor device and the PPLN element in this embodiment. The present embodiment can also be applied to an optical semiconductor device other than a laser, which is an optical semiconductor device in which a diffraction grating layer is formed.

〔第２の実施の形態〕
（光半導体装置）
次に、第２の実施の形態における光半導体装置について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、ＤＦＢレーザであって、図１１に示されるように、ＧａＡｓ基板の上に形成されたリッジ導波路が形成されている波長１．０６μｍ帯の半導体レーザである。 [Second Embodiment]
(Optical semiconductor device)
Next, an optical semiconductor device according to the second embodiment will be described. The optical semiconductor device in the present embodiment is a DFB laser, which is a semiconductor laser having a wavelength of 1.06 μm, in which a ridge waveguide formed on a GaAs substrate is formed, as shown in FIG. .

本実施の形態におけるＤＦＢレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓにより下部クラッド層２１、量子井戸活性層２２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３、ｐ−ＧａＡｓ層２４が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面には凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されており、凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されたｐ−ＧａＡｓ層２４の上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、上部クラッド層１２７が積層して形成されている。   In the DFB laser according to the present embodiment, a lower cladding layer 21, a quantum well active layer 22, a p-AlGaAs layer 23, and a p-GaAs layer 24 are formed on an n-GaAs substrate 10 by n-AlGaAs. A convex portion 24a and a concave portion 24b are formed on the surface of the p-GaAs layer 24, and a p-AlGaAs layer 25 and an upper cladding layer are formed on the p-GaAs layer 24 on which the convex portion 24a and the concave portion 24b are formed. 127 is formed by laminating.

本実施の形態における光半導体装置においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、上部クラッド層１２７の一部により回折格子が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａと凹部２４ｂは、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面を加工することにより、周期的に形成されており、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａと凹部２４ｂとの高低差が約２５ｎｍとなるように形成されている。尚、ｐ−ＧａＡｓ層２４を形成しているＧａＡｓの屈折率は、波長１．０６μｍ帯において約３．４９である。   In the optical semiconductor device in the present embodiment, a diffraction grating is formed by a part of the p-GaAs layer 24, the p-AlGaAs layer 25, and the upper cladding layer 127. The convex portions 24 a and the concave portions 24 b in the p-GaAs layer 24 are periodically formed by processing the surface of the p-GaAs layer 24, and the heights of the convex portions 24 a and the concave portions 24 b in the p-GaAs layer 24 are high and low. It is formed so that the difference is about 25 nm. The refractive index of GaAs forming the p-GaAs layer 24 is about 3.49 in the wavelength 1.06 μm band.

ｐ−ＧａＡｓ層２４の上には、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５が形成されている。ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５をＭＯＶＰＥにより形成することにより、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａの上には、厚さが約１５ｎｍ、凹部２４ｂの上には、厚さが約３０ｎｍとなるようにｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５が形成される。よって、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面には、ｐ−ＧａＡｓ層２４における凸部２４ａ及び凹部２４ｂの形状を反映した凸部２５ａ及び凹部２５ｂが形成される。このように形成されるｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａと凹部２５ｂとの高低差は約１０ｎｍである。尚、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓと記載した場合に、０＜Ｘ≦０．５となる組成により形成されており、屈折率は、波長１．０６μｍ帯においておおよそ３．２２以上、３．４９未満である。 A p-AlGaAs layer 25 is formed on the p-GaAs layer 24 by MOVPE. By forming the p-AlGaAs layer 25 by MOVPE, the p-GaAs layer 24 has a thickness of about 15 nm on the convex portion 24a and a thickness of about 30 nm on the concave portion 24b. -An AlGaAs layer 25 is formed. Therefore, convex portions 25 a and concave portions 25 b reflecting the shapes of the convex portions 24 a and the concave portions 24 b in the p-GaAs layer 24 are formed on the surface of the p-AlGaAs layer 25. In the p-AlGaAs layer 25 thus formed, the height difference between the convex portion 25a and the concave portion 25b is about 10 nm. The p-AlGaAs layer 25 is formed with a composition satisfying 0 <X ≦ 0.5 when described as Al X Ga 1-X As, and the refractive index is approximately 3 in the wavelength 1.06 μm band. .22 or more and less than 3.49.

ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上には、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＩｎＧａＰにより上部クラッド層１２７が形成されている。上部クラッド層１２７は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に形成されており、これにより、上部クラッド層１２７の直下の領域における量子井戸活性層２２において、光導波路が形成される。量子井戸活性層２２は、ＩｎＧａＡｓにより形成される井戸層とＧａＡｓにより形成されるバリア層とを交互に積層することにより形成されている。   On the p-AlGaAs layer 25, an upper cladding layer 127 is formed by MOVPE and by p-InGaP. The upper cladding layer 127 is formed on the p-AlGaAs layer 25, and thereby an optical waveguide is formed in the quantum well active layer 22 in a region immediately below the upper cladding layer 127. The quantum well active layer 22 is formed by alternately stacking well layers formed of InGaAs and barrier layers formed of GaAs.

上部クラッド層１２７は、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐにより形成されており、屈折率は、波長１．０６μｍ帯において約３．１２である。上部クラッド層１２７は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａと凹部２５ｂを埋め込むように形成されており、表面は略平坦となっている。よって、上部クラッド層１２７は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａの上よりも、凹部２５ｂの上において厚く形成されている。即ち、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２５ａの上よりも、凹部２４ｂの上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５を介し、屈折率の低いＩｎＧａＰにより形成された上部クラッド層１２７が厚く形成されている。これにより、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凹部２４ｂに形成される半導体層における屈折率を低くすることができ、回折格子層における屈折率差を大きくすることができる。 The upper cladding layer 127 is made of In 0.49 Ga 0.51 P, and the refractive index is about 3.12. The upper cladding layer 127 is formed so as to fill the convex portions 25a and the concave portions 25b in the p-AlGaAs layer 25, and the surface thereof is substantially flat. Therefore, the upper cladding layer 127 is formed thicker on the concave portion 25 b than on the convex portion 25 a in the p-AlGaAs layer 25. That is, the upper cladding layer 127 made of InGaP having a low refractive index is formed thicker on the concave portion 24b than on the convex portion 25a of the p-GaAs layer 24 via the p-AlGaAs layer 25. . Thereby, the refractive index in the semiconductor layer formed in the recess 24b of the p-GaAs layer 24 can be lowered, and the refractive index difference in the diffraction grating layer can be increased.

よって、本実施の形態における光半導体装置においては、上部クラッド層１２７は、上部クラッド層としての機能と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における凸部２５ａと凹部２５ｂの上に形成される埋込層としての機能を有している。このように、本実施の形態においては、回折格子層は、ｐ−ＧａＡｓ層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、上部クラッド層１２７の一部により形成されている。   Therefore, in the optical semiconductor device according to the present embodiment, the upper clad layer 127 functions as an upper clad layer and serves as a buried layer formed on the convex portions 25a and the concave portions 25b in the p-AlGaAs layer 25. It has a function. Thus, in the present embodiment, the diffraction grating layer is formed by the p-GaAs layer 24, the p-AlGaAs layer 25, and a part of the upper cladding layer 127.

尚、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４を第１の回折格子形成層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５を第２の回折格子形成層と記載する場合がある。また、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４における屈折率をｎＡとし、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５における屈折率をｎＢとし、上部クラッド層１２７における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣとなるように形成されている。 In the present embodiment, the p-GaAs layer 24 may be referred to as a first diffraction grating formation layer, and the p-AlGaAs layer 25 may be referred to as a second diffraction grating formation layer. In the present embodiment, when the refractive index in the p-GaAs layer 24 is n A , the refractive index in the p-AlGaAs layer 25 is n B, and the refractive index in the upper cladding layer 127 is n C , are formed such that a> n B> n C.

上部クラッド層１２７の上には、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＧａＡｓによりコンタクト層２８が形成されている。   On the upper cladding layer 127, a contact layer 28 is formed of p-GaAs by MOVPE.

上部クラッド層１２７及びコンタクト層２８は、最初に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に、上部クラッド層１２７及びコンタクト層２８を形成するための半導体膜を形成する。この後、上部クラッド層１２７等が形成される領域を除く領域の半導体膜をドライエッチング等により除去することにより形成する。ドライエッチング等により露出したｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面及び上部クラッド層２７及びコンタクト層２８の側面には、酸化シリコン等により保護膜３１が形成されている。更に、保護膜３１及びコンタクト層２８の上には、上面電極４１が形成されており、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には下面電極４２が形成されている。尚、図１１には不図示であるが、レーザ光が出射される量子井戸活性層２２の一方の端面には反射防止膜が形成されており、一方の端面とは反対の他方の端面には高反射膜が形成されている。   As the upper cladding layer 127 and the contact layer 28, first, a semiconductor film for forming the upper cladding layer 127 and the contact layer 28 is formed on the p-AlGaAs layer 25. Thereafter, the semiconductor film in the region excluding the region where the upper clad layer 127 or the like is formed is formed by removing by dry etching or the like. A protective film 31 is formed of silicon oxide or the like on the surface of the p-AlGaAs layer 25 and the side surfaces of the upper cladding layer 27 and the contact layer 28 exposed by dry etching or the like. Furthermore, an upper surface electrode 41 is formed on the protective film 31 and the contact layer 28, and a lower surface electrode 42 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 10. Although not shown in FIG. 11, an antireflection film is formed on one end face of the quantum well active layer 22 from which the laser light is emitted, and the other end face opposite to the one end face is formed. A highly reflective film is formed.

（光半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における光半導体装置の製造方法について説明する。 (Manufacturing method of optical semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device in the present embodiment will be described.

最初に、図１２（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の上に、下部クラッド層２１、量子井戸活性層２２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３、ｐ−ＧａＡｓ層２４等の半導体層を形成する。これらの半導体層は、ＭＯＶＰＥ、または、ＭＢＥによりエピタキシャル成長させることにより形成する。   First, as shown in FIG. 12A, semiconductor layers such as a lower cladding layer 21, a quantum well active layer 22, a p-AlGaAs layer 23, and a p-GaAs layer 24 are formed on the n-GaAs substrate 10. To do. These semiconductor layers are formed by epitaxial growth using MOVPE or MBE.

ｎ−ＧａＡｓ基板１０は、ｎ型となる不純物元素がドープされたｎ−ＧａＡｓ（１００）基板である。下部クラッド層２１は、ｎ型となる不純物元素がドープされている厚さが約２．０μｍのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成されている。量子井戸活性層２２は、アンドープのＩｎＧａＡｓにより形成された井戸層とアンドープのＧａＡｓにより形成されたバリア層とを交互に積層することにより形成されている。 The n-GaAs substrate 10 is an n-GaAs (100) substrate doped with an n-type impurity element. The lower cladding layer 21 is made of n-Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 2.0 μm doped with an n-type impurity element. The quantum well active layer 22 is formed by alternately laminating a well layer formed of undoped InGaAs and a barrier layer formed of undoped GaAs.

ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３は、ｐ型となる不純物元素がドープされている厚さが約３００ｎｍのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層２４は、ｐ型となる不純物元素がドープされている厚さが約６０ｎｍのｐ−ＧａＡｓにより形成されている。 The p-AlGaAs layer 23 is made of p-Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 300 nm doped with a p-type impurity element. The p-GaAs layer 24 is formed of p-GaAs having a thickness of about 60 nm doped with a p-type impurity element.

本実施の形態においては、例えば、量子井戸活性層２２は、アンドープのＩｎＧａＡｓにより井戸層の厚さが約７ｎｍとなるように形成されており、アンドープのＧａＡｓによりバリア層の厚さが約２０ｎｍとなるように形成されている。また、本実施の形態においては、井戸層を形成しているＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成は約０．２５、即ち、ＩｎＹＧａ１−ＹＡｓと記載した場合に、Ｙの値が約０．２５となるように形成されており、量子井戸活性層２２には井戸層が２層形成されている。これにより、量子井戸活性層２２における量子井戸構造の遷移波長が約１．０６μｍとなるように調整されている。 In the present embodiment, for example, the quantum well active layer 22 is formed of undoped InGaAs so that the well layer has a thickness of about 7 nm, and the undoped GaAs has a barrier layer thickness of about 20 nm. It is formed to become. In the present embodiment, the In composition in the InGaAs forming the well layer is about 0.25, that is, when Y Y is expressed as In Y Ga 1-Y As, the value of Y is about 0.25. The quantum well active layer 22 is formed with two well layers. Thereby, the transition wavelength of the quantum well structure in the quantum well active layer 22 is adjusted to be about 1.06 μm.

次に、図１２（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に、回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂを形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, convex portions 24 a and concave portions 24 b for forming a diffraction grating are formed on the surface of the p-GaAs layer 24.

具体的には、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に、ＣＶＤ等により厚さが約５０ｎｍの不図示の酸化シリコン膜を成膜する。この後、成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の上に、レジストを塗布し、ＥＢ露光装置による露光、現像を行うことにより、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥにより、レジストパターンの形成されていない領域における酸化シリコン膜を除去することにより、酸化シリコンによるマスクを形成する。この後、レジストパターンを有機溶剤等により除去し、酸化シリコン膜により形成されたマスクを用いて、ウェットエッチングにより、酸化シリコンが形成されていない領域におけるｐ−ＧａＡｓ層２４の表面の一部を除去する。このウェットエッチングでは、エッチング液として、アンモニア水、過酸化水素水、水からなる混合溶液が用いられる。この後、不図示の酸化シリコン膜により形成されたマスクは、バッファードフッ酸等により除去する。 Specifically, a silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed on the surface of the p-GaAs layer 24 by CVD or the like. Thereafter, a resist is applied on the silicon oxide (SiO 2 ) film thus formed, and exposure and development are performed by an EB exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown). Thereafter, a silicon oxide mask is formed by removing the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed by RIE using CF 4 gas. Thereafter, the resist pattern is removed with an organic solvent or the like, and a part of the surface of the p-GaAs layer 24 in a region where silicon oxide is not formed is removed by wet etching using a mask formed of a silicon oxide film. To do. In this wet etching, a mixed solution composed of ammonia water, hydrogen peroxide water, and water is used as an etchant. Thereafter, the mask formed of a silicon oxide film (not shown) is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

尚、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂのパターンは、ｐ−ＧａＡｓ層２４において＜０−１１＞方向に沿うように形成する。また、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２４ａと凹部２４ｂの周期は、発振波長が１．０６μｍ近傍における所望の値となるように、約１６０ｎｍとなるように形成する。このようにｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に形成される凸部２４ａと凹部２４ｂは、凹部２４ｂの深さ、即ち、凸部２４ａと凹部２４ｂとの高低差は、約２５ｎｍとなるように形成する。このようにして、ｐ−ＧａＡｓ層２４の表面に凸部２４ａと凹部２４ｂを形成することにより、凸部２４ａと凹部２４ｂの間に形成される斜面は、主に（１１１）Ａ面となる。   In addition, the pattern of the convex part 24a and the concave part 24b for forming the diffraction grating formed on the surface of the p-GaAs layer 24 is formed along the <0-11> direction in the p-GaAs layer 24. Further, the period of the convex portion 24a and the concave portion 24b for forming the diffraction grating formed on the surface of the p-GaAs layer 24 is about 160 nm so that the oscillation wavelength becomes a desired value in the vicinity of 1.06 μm. To form. Thus, the convex part 24a and the concave part 24b formed on the surface of the p-GaAs layer 24 are formed so that the depth of the concave part 24b, that is, the height difference between the convex part 24a and the concave part 24b is about 25 nm. . Thus, by forming the convex portion 24a and the concave portion 24b on the surface of the p-GaAs layer 24, the slope formed between the convex portion 24a and the concave portion 24b is mainly the (111) A plane.

次に、図１３（ａ）に示すように、表面に凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されているｐ−ＧａＡｓ層２４の上に、ＭＯＶＰＥにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５を形成する。   Next, as shown in FIG. 13A, the p-AlGaAs layer 25 is formed by MOVPE on the p-GaAs layer 24 having the convex portions 24a and the concave portions 24b formed on the surface.

具体的には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、平坦なｐ−ＧａＡｓ基板に成膜した際、Ａｌ組成が０．３２となる条件で、即ち、Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓが形成される条件で、ｐ型となる不純物元素をドープして形成する。本実施の形態においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、表面に凸部２５ａと凹部２５ｂが形成されている状態で結晶成長を停止する。例えば、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上において厚さが約１５ｎｍ、凹部２４ｂの上において厚さが約３０ｎｍとなった状態で、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の結晶成長を停止する。これにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面に形成される凸部２５ａと凹部２５ｂは、凹部２５ｂの深さ、即ち、凸部２５ａと凹部２５ｂとの高低差が約１０ｎｍとなるように形成する。 Specifically, when the p-AlGaAs layer 25 is formed on a flat p-GaAs substrate, Al 0.32 Ga 0.68 As is formed under the condition that the Al composition becomes 0.32. It is formed by doping an impurity element which becomes p-type under conditions. In the present embodiment, the p-AlGaAs layer 25 stops crystal growth in a state where the convex portion 25a and the concave portion 25b are formed on the surface. For example, the p-AlGaAs layer 25 has a thickness of about 15 nm on the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 and a thickness of about 30 nm on the concave portion 24b. Stop growing. Thereby, the convex part 25a and the concave part 25b formed on the surface of the p-AlGaAs layer 25 are formed so that the depth of the concave part 25b, that is, the height difference between the convex part 25a and the concave part 25b is about 10 nm.

これにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は、ｐ−ＧａＡｓ層２４の凸部２４ａの上の領域における組成は、略Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ａｓとなり、凹部２４ｂの上の領域における組成は、略Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとなるように形成される。尚、このようにして、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面に凸部２５ａと凹部２５ｂを形成することにより、凸部２５ａと凹部２５ｂの間に形成される斜面は、主に（３１１）Ａ面となる。 Thus, the composition of the p-AlGaAs layer 25 in the region above the convex portion 24a of the p-GaAs layer 24 is substantially Al 0.36 Ga 0.64 As, and the composition in the region above the concave portion 24b is approximately. It is formed to be Al 0.25 Ga 0.75 As. In this way, by forming the convex portion 25a and the concave portion 25b on the surface of the p-AlGaAs layer 25, the slope formed between the convex portion 25a and the concave portion 25b is mainly the (311) A plane. Become.

次に、図１３（ｂ）に示すように、ＭＯＶＰＥにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に、上部クラッド層１２７を形成するためのｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａ、コンタクト層２８を形成するためのｐ−ＧａＡｓ膜２８ａを順次積層して形成する。具体的には、凸部２５ａと凹部２５ｂが形成されているｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に、ｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａを形成し、ｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａの上にｐ−ＧａＡｓ膜２８ａを形成する。ｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａは、ｐ型となる不純物元素がドープされているＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐを厚さ約１．０μｍ結晶成長させることにより形成する。また、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａは、ｐ型となる不純物元素をドープしたＧａＡｓを厚さ３００ｎｍ結晶成長させることにより形成する。 Next, as shown in FIG. 13B, a p-InGaP film 127a for forming the upper cladding layer 127 and a p- for forming the contact layer 28 are formed on the p-AlGaAs layer 25 by MOVPE. A GaAs film 28a is sequentially stacked. Specifically, the p-InGaP film 127a is formed on the p-AlGaAs layer 25 where the convex portions 25a and the concave portions 25b are formed, and the p-GaAs film 28a is formed on the p-InGaP film 127a. . The p-InGaP film 127a is formed by crystal growth of In 0.49 Ga 0.51 P doped with a p-type impurity element with a thickness of about 1.0 μm. The p-GaAs film 28a is formed by growing GaAs doped with a p-type impurity element to a thickness of 300 nm.

これにより、本実施の形態においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５に形成された凸部２５ａ及び凹部２５ｂは、上部クラッド層１２７を形成するためのｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａにより埋込まれる。このように、本実施の形態においては、ｐ−ＧａＡｓ層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５及び後述する上部クラッド層１２７により回折格子層が形成される。   Thereby, in the present embodiment, the convex portion 25a and the concave portion 25b formed in the p-AlGaAs layer 25 are buried by the p-InGaP film 127a for forming the upper cladding layer 127. Thus, in this embodiment, a diffraction grating layer is formed by the p-GaAs layer 24, the p-AlGaAs layer 25, and the upper cladding layer 127 described later.

次に、図１４（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａの上に、＜０−１−１＞方向に沿った酸化シリコンマスク６１を形成する。具体的には、ｐ−ＧａＡｓ膜２８ａの上に、ＣＶＤにより酸化シリコン膜を成膜し、酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、酸化シリコンマスク６１が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜をＲＩＥ等のドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去することにより、酸化シリコンマスク６１を形成する。尚、この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 14A, a silicon oxide mask 61 along the <0-1-1> direction is formed on the p-GaAs film 28a. Specifically, a silicon oxide film is formed on the p-GaAs film 28a by CVD, a photoresist is applied on the silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby silicon oxide is formed. A resist pattern (not shown) is formed in a region where the mask 61 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 61 in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE or wet etching, thereby forming a silicon oxide mask 61. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図１４（ｂ）に示すように、酸化シリコンマスク６１をマスクとして、酸化シリコンマスク６１が形成されていない領域におけるｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａ及びｐ−ＧａＡｓ膜２８ａをウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングにおいては、例えば、最初に、アンモニア水と過酸化水素水、水の混合溶液等をエッチング液として用いて、酸化シリコンマスク６１が形成されていない領域におけるｐ−ＧａＡｓ膜２８ａを選択的に除去する。この後、塩酸と酢酸を含む混合溶液等をエッチング液として用いて、酸化シリコンマスク６１が形成されていない領域におけるｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａを除去する。この際用いられるｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａをエッチングするエッチング液では、ＡｌＧａＡｓは殆どエッチングされず、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の表面が露出した状態で選択的にエッチングがストップするため、エッチングの制御を良好に行うことができる。   Next, as shown in FIG. 14B, using the silicon oxide mask 61 as a mask, the p-InGaP film 127a and the p-GaAs film 28a in the region where the silicon oxide mask 61 is not formed are removed by wet etching. In this wet etching, for example, first, the p-GaAs film 28a in the region where the silicon oxide mask 61 is not formed is selectively used by using a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide water, and water as an etching solution. To remove. Thereafter, the p-InGaP film 127a in the region where the silicon oxide mask 61 is not formed is removed using a mixed solution containing hydrochloric acid and acetic acid as an etching solution. In the etching solution for etching the p-InGaP film 127a used at this time, AlGaAs is hardly etched, and etching is selectively stopped with the surface of the p-AlGaAs layer 25 exposed. It can be carried out.

これにより、酸化シリコンマスク６１が形成されている領域において残存するｐ−ＩｎＧａＰ膜１２７ａ及びｐ−ＧａＡｓ膜２８ａにより、上部クラッド層１２７及びコンタクト層２８が形成される。このように形成された上部クラッド層１２７の幅Ｗは約２μｍであり、幅Ｗが約２μｍの上部クラッド層１２７が形成されている領域の下の量子井戸活性層２２において、光導波路が形成されるリッジ導波路構造が形成される。この後、酸化シリコンマスク６１は、バッファードフッ酸等により除去する。   Thereby, the upper cladding layer 127 and the contact layer 28 are formed by the p-InGaP film 127a and the p-GaAs film 28a remaining in the region where the silicon oxide mask 61 is formed. The width W of the upper clad layer 127 formed in this way is about 2 μm, and an optical waveguide is formed in the quantum well active layer 22 below the region where the upper clad layer 127 with a width W of about 2 μm is formed. A ridge waveguide structure is formed. Thereafter, the silicon oxide mask 61 is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

次に、図１５に示すように、上部クラッド層１２７及びコンタクト層２８の側面、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に保護膜３１を形成し、コンタクト層２８の上に上面電極４１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面に、下面電極４２を形成する。この後、所望の共振器長となるように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０をへき開し、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に反射防止膜を形成し、一方の端面とは反対側の他方の端面に高反射膜を成膜する。   Next, as shown in FIG. 15, a protective film 31 is formed on the side surfaces of the upper cladding layer 127 and the contact layer 28, the p-AlGaAs layer 25, and an upper surface electrode 41 is formed on the contact layer 28. A bottom electrode 42 is formed on the back surface of the GaAs substrate 10. Thereafter, the n-GaAs substrate 10 is cleaved so as to have a desired resonator length, and an antireflection film is formed on one end face from which laser light is emitted on the cleaved face. A highly reflective film is formed on the other end face.

具体的には、上部クラッド層１２７の側面、コンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５の上に、ＣＶＤによりパッシベーション膜となる保護膜３１を形成するための酸化シリコン膜を形成する。この後、形成された酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、酸化シリコン膜を介してコンタクト層２８が形成されている領域に、開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜を、エッチング液としてバッファードフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去することにより、残存する酸化シリコン膜により、パッシベーション膜となる保護膜３１を形成する。尚、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Specifically, a silicon oxide film is formed on the side surface of the upper cladding layer 127, the contact layer 28, and the p-AlGaAs layer 25 to form a protective film 31 serving as a passivation film by CVD. Thereafter, a photoresist is applied on the formed silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed in a region where the contact layer 28 is formed via the silicon oxide film. A resist pattern (not shown) is formed. Thereafter, the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid or the like as an etching solution, whereby the protective film 31 that becomes a passivation film by the remaining silicon oxide film. Form. The resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

この後、コンタクト層２８及び保護膜３１の上に、真空蒸着またはスパッタリング等により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより上面電極４１を形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には、真空蒸着またはスパッタリング等により、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより下面電極４２を形成する。この後、所望の共振器長、例えば、共振器長が５００μｍとなるように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０をへき開した後、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に誘電体膜等により反射防止膜を形成し、他方の端面に誘電体膜等により高反射膜を成膜する。   Thereafter, the upper electrode 41 is formed by forming a metal laminated film made of Ti / Pt / Au on the contact layer 28 and the protective film 31 by vacuum deposition or sputtering. Further, a lower electrode 42 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 10 by depositing a metal laminated film made of AuGe / Au by vacuum deposition or sputtering. Thereafter, the n-GaAs substrate 10 is cleaved so that the desired resonator length, for example, the resonator length is 500 μm, and then reflected by a dielectric film or the like on one end face from which laser light is emitted on the cleavage plane. A prevention film is formed, and a highly reflective film is formed on the other end face by a dielectric film or the like.

これにより、本実施の形態における光半導体装置を作製することができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。   Thus, the optical semiconductor device in this embodiment can be manufactured. The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

〔第３の実施の形態〕
（光半導体装置）
次に、第３の実施の形態における光半導体装置について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、量子ドットＤＦＢレーザであり、図１６に示されるように、ＧａＡｓ基板に形成されたリッジ導波路が形成されている波長１．３μｍ帯の半導体レーザである。本実施の形態における量子ドットＤＦＢレーザは、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０の上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓにより下部クラッド層２２１、量子ドット活性層２２２、ｎ−ＧａＡｓ層２２４が形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面には凸部２２４ａと凹部２２４ｂが形成されており、凸部２２４ａと凹部２２４ｂが形成されたｎ−ＧａＡｓ層２２４の上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６が積層して形成される。 [Third Embodiment]
(Optical semiconductor device)
Next, an optical semiconductor device according to the third embodiment will be described. The optical semiconductor device in the present embodiment is a quantum dot DFB laser, which is a semiconductor laser having a wavelength of 1.3 μm, in which a ridge waveguide formed on a GaAs substrate is formed, as shown in FIG. In the quantum dot DFB laser according to the present embodiment, a lower cladding layer 221, a quantum dot active layer 222, and an n-GaAs layer 224 are formed on a p-GaAs substrate 210 by p-AlGaAs. A convex portion 224a and a concave portion 224b are formed on the surface of the n-GaAs layer 224. On the n-GaAs layer 224 on which the convex portion 224a and the concave portion 224b are formed, an n-AlGaAs layer 225 and an n-InGaP The layer 226 is formed by stacking.

本実施の形態における光半導体装置においては、ｎ−ＧａＡｓ層２２４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６により回折格子層２２０が形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層２２４における凸部２２４ａと凹部２２４ｂは、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面を加工することにより、周期的に形成されており、ｎ−ＧａＡｓ層２２４における凸部２２４ａと凹部２２４ｂとの高低差が約２５ｎｍとなるように形成されている。尚、ｎ−ＧａＡｓ層２２４を形成しているＧａＡｓの屈折率は、波長１．３μｍ帯において約３．４２である。   In the optical semiconductor device according to the present embodiment, the diffraction grating layer 220 is formed by the n-GaAs layer 224, the n-AlGaAs layer 225, and the n-InGaP layer 226. The protrusions 224a and the recesses 224b in the n-GaAs layer 224 are periodically formed by processing the surface of the n-GaAs layer 224. The heights of the protrusions 224a and the recesses 224b in the n-GaAs layer 224 are high and low. It is formed so that the difference is about 25 nm. The refractive index of GaAs forming the n-GaAs layer 224 is about 3.42 in the 1.3 μm wavelength band.

ｎ−ＧａＡｓ層２２４の上には、ＭＯＶＰＥによりｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５が形成されている。ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５をＭＯＶＰＥにより形成することにより、ｎ−ＧａＡｓ層２２４における凸部２２４ａの上には、厚さが約１５ｎｍ、凹部２２４ｂの上には、厚さが約３０ｎｍとなるようにｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５が形成される。よって、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の表面には、ｎ−ＧａＡｓ層２２４における凸部２２４ａ及び凹部２２４ｂの形状を反映した凸部２２５ａ及び凹部２２５ｂが形成される。このように形成されるｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５における凸部２２５ａと凹部２２５ｂとの高低差は約１０ｎｍである。尚、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓと記載した場合に、０＜Ｘ≦０．５となる組成により形成されており、屈折率は、波長１．３μｍ帯においておおよそ３．１７以上、３．４２未満である。 An n-AlGaAs layer 225 is formed on the n-GaAs layer 224 by MOVPE. By forming the n-AlGaAs layer 225 by MOVPE, the n-GaAs layer 224 has a thickness of about 15 nm on the convex portion 224a and a thickness of about 30 nm on the concave portion 224b. An AlGaAs layer 225 is formed; Accordingly, a convex portion 225a and a concave portion 225b reflecting the shape of the convex portion 224a and the concave portion 224b in the n-GaAs layer 224 are formed on the surface of the n-AlGaAs layer 225. In the n-AlGaAs layer 225 thus formed, the height difference between the convex portion 225a and the concave portion 225b is about 10 nm. The n-AlGaAs layer 225 is formed with a composition satisfying 0 <X ≦ 0.5 when described as Al X Ga 1-X As, and the refractive index is approximately 3 in the wavelength band of 1.3 μm. .17 or more and less than 3.42.

ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の上には、ＭＯＶＰＥによりｎ−ＩｎＧａＰ層２２６が形成されている。ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６は、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐにより形成されており、屈折率は、波長１．３μｍ帯において約３．１６である。ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５における凸部２２５ａと凹部２２５ｂを埋め込むように形成されており、表面は略平坦となっている。よって、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５における凸部２２５ａの上よりも、凹部２２５ｂの上において厚く形成される。即ち、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の凸部２２４ａの上よりも、凹部２２４ｂの上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の凹部２２５ｂを介し、屈折率の低いｎ−ＩｎＧａＰ層２２６が厚く形成されている。これにより、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の凹部２２４ｂに形成される半導体層における屈折率を低くすることができ、回折格子層２２０における屈折率差を大きくすることができる。 On the n-AlGaAs layer 225, an n-InGaP layer 226 is formed by MOVPE. The n-InGaP layer 226 is made of In 0.49 Ga 0.51 P, and the refractive index is about 3.16 in the wavelength band of 1.3 μm. The n-InGaP layer 226 is formed so as to fill the convex portion 225a and the concave portion 225b in the n-AlGaAs layer 225, and has a substantially flat surface. Therefore, the n-InGaP layer 226 is formed thicker on the concave portion 225b than on the convex portion 225a in the n-AlGaAs layer 225. That is, the n-InGaP layer 226 having a low refractive index is formed thicker on the recess 224b than on the projection 224a of the n-GaAs layer 224 via the recess 225b of the n-AlGaAs layer 225. Thereby, the refractive index in the semiconductor layer formed in the recess 224b of the n-GaAs layer 224 can be lowered, and the refractive index difference in the diffraction grating layer 220 can be increased.

尚、本実施の形態においては、ｎ−ＧａＡｓ層２２４を第１の回折格子形成層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５を第２の回折格子形成層、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６を埋込層と記載する場合がある。また、本実施の形態においては、ｎ−ＧａＡｓ層２２４における屈折率をｎＡとし、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５における屈折率をｎＢとし、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６における屈折率をｎＣとした場合、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣとなるように形成されている。 In this embodiment, the n-GaAs layer 224 is described as a first diffraction grating formation layer, the n-AlGaAs layer 225 is described as a second diffraction grating formation layer, and the n-InGaP layer 226 is described as a buried layer. There is. In the present embodiment, when the refractive index in the n-GaAs layer 224 is n A , the refractive index in the n-AlGaAs layer 225 is n B, and the refractive index in the n-InGaP layer 226 is n C , It is formed so that n A > n B > n C.

埋込層となるｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の上には、ＭＯＶＰＥにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓにより上部クラッド層２２７が形成されており、上部クラッド層２２７の上にはｎ−ＧａＡｓによりコンタクト層２２８が形成されている。これにより、上部クラッド層２２７の直下の領域における量子ドット活性層２２２において光導波路が形成される。   An upper cladding layer 227 is formed on the n-InGaP layer 226 serving as a buried layer by MOVPE and n-AlGaAs. A contact layer 228 is formed on the upper cladding layer 227 by n-GaAs. ing. As a result, an optical waveguide is formed in the quantum dot active layer 222 in the region immediately below the upper cladding layer 227.

本実施の形態においては、量子ドット活性層２２２は、図１７に示すような量子ドット層２２２ａを複数積層することにより形成されている。量子ドット層２２２ａは、アンドープＧａＡｓ層２５１上に、アンドープＩｎＡｓ層２５２を数原子層（ＭＬ）成長させることにより、量子ドット構造を自然形成する。このように、アンドープＩｎＡｓ層２５２に形成される量子ドット構造は、ＩｎＡｓ量子ドット２５２ａとＩｎＡｓ濡れ層２５２ｂとからなるものである。この後、量子ドット構造を埋め込むようにアンドープＩｎＧａＡｓ歪緩和層２５３を形成し、更に、アンドープＧａＡｓ層２５４、ｐ−ＧａＡｓ層２５５、アンドープＧａＡｓ層２５６を順次積層して形成する。   In the present embodiment, the quantum dot active layer 222 is formed by stacking a plurality of quantum dot layers 222a as shown in FIG. The quantum dot layer 222a naturally forms a quantum dot structure by growing an undoped InAs layer 252 on the undoped GaAs layer 251 by several atomic layers (ML). Thus, the quantum dot structure formed in the undoped InAs layer 252 is composed of the InAs quantum dots 252a and the InAs wetting layer 252b. Thereafter, an undoped InGaAs strain relaxation layer 253 is formed so as to embed the quantum dot structure, and an undoped GaAs layer 254, a p-GaAs layer 255, and an undoped GaAs layer 256 are sequentially stacked.

本実施の形態においては、アンドープＧａＡｓ層２５４とアンドープＧａＡｓ層２５６との間に、ｐ−ＧａＡｓ層２５５が設けられている変調ｐドープ構造となるように形成されている。これにより、量子ドット２５２ａへのホールの供給が改善され、微分利得の向上、温度安定動作性の向上など、発振特性を向上させることができる。   In this embodiment, the p-GaAs layer 255 is provided between the undoped GaAs layer 254 and the undoped GaAs layer 256 so as to have a modulated p-doped structure. Thereby, the supply of holes to the quantum dots 252a is improved, and the oscillation characteristics can be improved, such as an improvement in differential gain and an improvement in temperature stable operability.

本実施の形態においては、このような量子ドット層２２２ａを１０層積層形成することにより、量子ドット活性層２２２が形成されている。尚、量子ドット活性層２２２においては、アンドープＩｎＧａＡｓ歪緩和層２５３における組成を調整することにより、量子ドット活性層２２２における利得波長を調整することができる。本実施の形態においては、利得波長が１．２９μｍとなるように形成されている。   In the present embodiment, the quantum dot active layer 222 is formed by stacking 10 such quantum dot layers 222a. In the quantum dot active layer 222, the gain wavelength in the quantum dot active layer 222 can be adjusted by adjusting the composition in the undoped InGaAs strain relaxation layer 253. In this embodiment, the gain wavelength is 1.29 μm.

上部クラッド層２２７及びコンタクト層２２８は、最初に、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の上に、上部クラッド層２２７及びコンタクト層２２８を形成するための半導体膜を形成する。この後、上部クラッド層２２７等が形成される領域を除く領域の半導体膜をドライエッチング等により除去することにより形成する。ドライエッチング等により露出したｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の表面及び上部クラッド層２２７及びコンタクト層２２８の側面には、酸化シリコン等により保護膜２３１が形成されている。更に、保護膜２３１及びコンタクト層２２８の上には、上面電極２４１が形成されており、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０の裏面には下面電極２４２が形成されている。尚、図１７には不図示であるが、レーザ光が出射される量子ドット活性層２２２の一方の端面には反射防止膜が形成されており、一方の端面とは反対の他方の端面には高反射膜が形成されている。   As the upper cladding layer 227 and the contact layer 228, first, a semiconductor film for forming the upper cladding layer 227 and the contact layer 228 is formed on the n-InGaP layer 226. Thereafter, the semiconductor film in the region excluding the region where the upper clad layer 227 and the like are formed is formed by removing by dry etching or the like. A protective film 231 is formed of silicon oxide or the like on the surface of the n-InGaP layer 226 exposed by dry etching or the like, and on the side surfaces of the upper cladding layer 227 and the contact layer 228. Furthermore, an upper surface electrode 241 is formed on the protective film 231 and the contact layer 228, and a lower surface electrode 242 is formed on the back surface of the p-GaAs substrate 210. Although not shown in FIG. 17, an antireflection film is formed on one end face of the quantum dot active layer 222 from which laser light is emitted, and the other end face opposite to the one end face is formed. A highly reflective film is formed.

（光半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における光半導体装置の製造方法について説明する。 (Manufacturing method of optical semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device in the present embodiment will be described.

最初に、図１８（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０の上に、下部クラッド層２２１、量子ドット活性層２２２、ｎ−ＧａＡｓ層２２４等の半導体層を形成する。これらの半導体層は、ＭＯＶＰＥ、または、ＭＢＥによりエピタキシャル成長させることにより形成する。   First, as shown in FIG. 18A, semiconductor layers such as a lower cladding layer 221, a quantum dot active layer 222, and an n-GaAs layer 224 are formed on a p-GaAs substrate 210. These semiconductor layers are formed by epitaxial growth using MOVPE or MBE.

ｐ−ＧａＡｓ基板２１０は、ｐ型となる不純物元素がドープされたｐ−ＧａＡｓ（１００）基板である。下部クラッド層２２１は、ｐ型となる不純物元素がドープされている厚さが約１．５μｍのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成されている。量子ドット活性層２２２は、図１７に示される量子ドット層２２２ａを１０層積層することにより形成されており、遷移波長が約１．２９μｍとなるように形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層２２４は、ｎ型となる不純物元素がドープされている厚さが約６０ｎｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されている。 The p-GaAs substrate 210 is a p-GaAs (100) substrate doped with a p-type impurity element. The lower cladding layer 221 is formed of p-Al 0.3 Ga 0.7 As having a thickness of about 1.5 μm doped with a p-type impurity element. The quantum dot active layer 222 is formed by laminating 10 quantum dot layers 222a shown in FIG. 17, and has a transition wavelength of about 1.29 μm. The n-GaAs layer 224 is formed of n-GaAs having a thickness of about 60 nm doped with an n-type impurity element.

次に、図１８（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に、回折格子を形成するための凸部２２４ａと凹部２２４ｂを形成する。   Next, as shown in FIG. 18B, convex portions 224a and concave portions 224b for forming a diffraction grating are formed on the surface of the n-GaAs layer 224.

具体的には、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に、ＣＶＤ等により厚さが約５０ｎｍの不図示の酸化シリコン膜を成膜する。この後、成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の上に、レジストを塗布し、ＥＢ露光装置による露光、現像を行うことにより、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥにより、レジストパターンの形成されていない領域における酸化シリコン膜を除去することにより、酸化シリコンによるマスクを形成する。この後、レジストパターンを有機溶剤等により除去し、酸化シリコンにより形成されたマスクを用い、ウェットエッチングにより、酸化シリコンが形成されていない領域におけるｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面の一部を除去する。このウェットエッチングでは、エッチング液として、アンモニア水、過酸化水素水、水からなる混合溶液が用いられる。この後、不図示の酸化シリコン膜により形成されたマスクは、バッファードフッ酸等により除去する。 Specifically, a silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed on the surface of the n-GaAs layer 224 by CVD or the like. Thereafter, a resist is applied on the silicon oxide (SiO 2 ) film thus formed, and exposure and development are performed by an EB exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown). Thereafter, a silicon oxide mask is formed by removing the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed by RIE using CF 4 gas. Thereafter, the resist pattern is removed with an organic solvent or the like, and a part of the surface of the n-GaAs layer 224 in a region where silicon oxide is not formed is removed by wet etching using a mask formed of silicon oxide. In this wet etching, a mixed solution composed of ammonia water, hydrogen peroxide water, and water is used as an etchant. Thereafter, the mask formed of a silicon oxide film (not shown) is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

尚、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２２４ａと凹部２２４ｂのパターンは、ｎ−ＧａＡｓ層２２４において＜０−１１＞方向に沿うように形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に形成される回折格子を形成するための凸部２２４ａと凹部２２４ｂの周期は、発振波長が１．２９μｍ近傍における所望の値となるように、約１９５ｎｍとなるように形成する。このようにｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に形成される凸部２２４ａと凹部２２４ｂは、凹部２２４ｂの深さ、即ち、凸部２２４ａと凹部２２４ｂとの高低差は、約２５ｎｍとなるように形成する。このようにして、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の表面に凸部２２４ａと凹部２２４ｂを形成することにより、凸部２２４ａと凹部２２４ｂの間に形成される斜面は、主に（１１１）Ａ面となる。   The pattern of the convex part 224a and the concave part 224b for forming the diffraction grating formed on the surface of the n-GaAs layer 224 is formed along the <0-11> direction in the n-GaAs layer 224. Further, the period of the convex portion 224a and the concave portion 224b for forming the diffraction grating formed on the surface of the n-GaAs layer 224 is about 195 nm so that the oscillation wavelength becomes a desired value in the vicinity of 1.29 μm. To form. Thus, the convex part 224a and the concave part 224b formed on the surface of the n-GaAs layer 224 are formed so that the depth of the concave part 224b, that is, the height difference between the convex part 224a and the concave part 224b is about 25 nm. . Thus, by forming the convex part 224a and the concave part 224b on the surface of the n-GaAs layer 224, the slope formed between the convex part 224a and the concave part 224b is mainly the (111) A plane.

次に、図１９（ａ）に示すように、表面に凸部２２４ａと凹部２２４ｂが形成されているｎ−ＧａＡｓ層２２４の上に、ＭＯＶＰＥにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５及びｎ−ＩｎＧａＰ層２２６を形成する。   Next, as shown in FIG. 19A, an n-AlGaAs layer 225 and an n-InGaP layer 226 are formed by MOVPE on the n-GaAs layer 224 having convex portions 224a and concave portions 224b formed on the surface. Form.

具体的には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５は、平坦なＧａＡｓ基板等に成膜した際、Ａｌ組成が０．３２となる条件で、即ち、Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓが形成される条件で、ｐ型となる不純物元素をドープして形成する。本実施の形態においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５は、表面に凸部２２５ａと凹部２２５ｂが形成されている状態で結晶成長を停止する。例えば、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５は、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の凸部２２４ａの上において厚さが約１５ｎｍ、凹部２２４ｂの上において厚さが約３０ｎｍとなった状態で、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の結晶成長を停止する。これにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の表面に形成される凸部２２５ａと凹部２２５ｂは、凹部２２５ｂの深さ、即ち、凸部２２５ａと凹部２２５ｂとの高低差が約１０ｎｍとなるように形成する。 Specifically, when the n-AlGaAs layer 225 is formed on a flat GaAs substrate or the like, it is a condition that the Al composition is 0.32, that is, a condition that Al 0.32 Ga 0.68 As is formed. Then, a p-type impurity element is doped. In the present embodiment, the n-AlGaAs layer 225 stops crystal growth in a state where the convex portion 225a and the concave portion 225b are formed on the surface. For example, the n-AlGaAs layer 225 has a crystal thickness of about 15 nm on the convex portion 224a of the n-GaAs layer 224 and about 30 nm on the concave portion 224b. Stop growing. Thereby, the convex part 225a and the concave part 225b formed on the surface of the n-AlGaAs layer 225 are formed so that the depth of the concave part 225b, that is, the height difference between the convex part 225a and the concave part 225b is about 10 nm.

これにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５は、ｎ−ＧａＡｓ層２２４の凸部２２４ａの上の領域における組成は、略Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ａｓとなり、凹部２２４ｂの上の領域における組成は、略Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとなるように形成される。尚、このようにして、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の表面に凸部２２５ａと凹部２２５ｂを形成することにより、凸部２２５ａと凹部２２５ｂの間に形成される斜面は、主に（３１１）Ａ面となる。 Thus, the composition of the n-AlGaAs layer 225 in the region above the convex portion 224a of the n-GaAs layer 224 is substantially Al 0.36 Ga 0.64 As, and the composition in the region above the concave portion 224b is approximately It is formed to be Al 0.25 Ga 0.75 As. In this way, by forming the convex portion 225a and the concave portion 225b on the surface of the n-AlGaAs layer 225, the slope formed between the convex portion 225a and the concave portion 225b is mainly the (311) A plane. Become.

この後、凸部２２５ａと凹部２２５ｂが形成されているｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の上に、ＭＯＶＰＥにより、ｎ型となる不純物元素がドープされているｎ−ＩｎＧａＰ層２２６を表面が略平坦になるまで形成する。ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６は、組成がＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐとなるような条件で形成されている。これにより、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５の凸部２２５ａの上において厚さが約１０ｎｍ、凹部２２５ｂの上において厚さが約２０ｎｍとなるように形成される。このように、本実施の形態においては、ｎ−ＧａＡｓ層２２４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２２５及びｎ−ＩｎＧａＰ層２２６により回折格子層２２０が形成される。 Thereafter, an n-InGaP layer 226 doped with an n-type impurity element is formed by MOVPE on the n-AlGaAs layer 225 in which the convex portions 225a and the concave portions 225b are formed until the surface becomes substantially flat. Form. The n-InGaP layer 226 is formed under conditions such that the composition is In 0.49 Ga 0.51 P. Thereby, the n-InGaP layer 226 is formed to have a thickness of about 10 nm on the convex portion 225a of the n-AlGaAs layer 225 and a thickness of about 20 nm on the concave portion 225b. Thus, in this embodiment, the diffraction grating layer 220 is formed by the n-GaAs layer 224, the n-AlGaAs layer 225, and the n-InGaP layer 226.

次に、図１９（ｂ）に示すように、ＭＯＶＰＥにより、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の上に、上部クラッド層２２７を形成するためのｎ−ＡｌＧａＡｓ膜２２７ａ、コンタクト層２２８を形成するためのｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａを順次積層して形成する。具体的には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ膜２２７ａは、ｎ型となる不純物元素がドープされているＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを厚さ約１．０μｍ結晶成長させることにより形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａは、ｎ型となる不純物元素をドープしたＧａＡｓを厚さ３００ｎｍ結晶成長させることにより形成する。 Next, as shown in FIG. 19B, an n-AlGaAs film 227a for forming the upper cladding layer 227 and an n- for forming the contact layer 228 are formed on the n-InGaP layer 226 by MOVPE. A GaAs film 228a is sequentially stacked. Specifically, the n-AlGaAs film 227a is formed by growing Al 0.3 Ga 0.7 As doped with an n-type impurity element with a thickness of about 1.0 μm. The n-GaAs film 228a is formed by growing GaAs doped with an n-type impurity element to a thickness of 300 nm.

次に、図２０（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａの上に、＜０−１−１＞方向に沿った酸化シリコンマスク２６１を形成する。具体的には、ｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａの上に、ＣＶＤにより酸化シリコン膜を成膜し、酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行う。これにより、酸化シリコンマスク２６１が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜をＲＩＥ等のドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去することにより、酸化シリコンマスク２６１を形成する。尚、この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 20A, a silicon oxide mask 261 along the <0-1-1> direction is formed on the n-GaAs film 228a. Specifically, a silicon oxide film is formed on the n-GaAs film 228a by CVD, a photoresist is applied on the silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus. Thereby, a resist pattern (not shown) is formed in a region where the silicon oxide mask 261 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 261 is formed by removing the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed by dry etching such as RIE or wet etching. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図２０（ｂ）に示すように、酸化シリコンマスク２６１をマスクとして、酸化シリコンマスク２６１が形成されていない領域におけるｎ−ＡｌＧａＡｓ膜２２７ａ及びｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａをウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングにおいては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水、水の混合溶液や、リン酸、過酸化水素水、水の混合溶液をエッチング液として用いる。これらのエッチング液を用いることにより、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の表面が露出した状態で、エッチングがストップするため、エッチングの制御を良好に行うことができる。これにより、酸化シリコンマスク２６１が形成されている領域において残存するｎ−ＡｌＧａＡｓ膜２２７ａ及びｎ−ＧａＡｓ膜２２８ａにより、上部クラッド層２２７及びコンタクト層２２８が形成される。このように形成された上部クラッド層２２７の幅Ｗは約２μｍであり、幅Ｗが約２μｍの上部クラッド層２２７が形成されている領域の下の量子ドット活性層２２２において、光導波路が形成されるリッジ導波路構造が形成される。この後、酸化シリコンマスク２６１は、バッファードフッ酸等により除去する。   Next, as shown in FIG. 20B, using the silicon oxide mask 261 as a mask, the n-AlGaAs film 227a and the n-GaAs film 228a in the region where the silicon oxide mask 261 is not formed are removed by wet etching. In this wet etching, for example, a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution, and water, or a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution, and water is used as an etching solution. By using these etchants, the etching is stopped with the surface of the n-InGaP layer 226 exposed, so that the etching can be controlled well. Thus, the upper cladding layer 227 and the contact layer 228 are formed by the n-AlGaAs film 227a and the n-GaAs film 228a remaining in the region where the silicon oxide mask 261 is formed. The width C of the upper clad layer 227 formed in this way is about 2 μm, and an optical waveguide is formed in the quantum dot active layer 222 below the region where the upper clad layer 227 having a width W of about 2 μm is formed. A ridge waveguide structure is formed. Thereafter, the silicon oxide mask 261 is removed with buffered hydrofluoric acid or the like.

次に、図２１に示すように、上部クラッド層２２７及びコンタクト層２２８の側面、ｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の上に保護膜３１を形成し、コンタクト層２２８の上に上面電極２４１を形成し、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０の裏面に、下面電極２４２を形成する。この後、所望の共振器長となるように、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０をへき開し、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に反射防止膜を形成し、一方の端面とは反対側の他方の端面に高反射膜を成膜する。   Next, as shown in FIG. 21, the protective film 31 is formed on the side surfaces of the upper cladding layer 227 and the contact layer 228, the n-InGaP layer 226, the upper surface electrode 241 is formed on the contact layer 228, and p A bottom electrode 242 is formed on the back surface of the GaAs substrate 210. Thereafter, the p-GaAs substrate 210 is cleaved so as to have a desired resonator length, and an antireflection film is formed on one end face from which the laser light is emitted on the cleaved face. A highly reflective film is formed on the other end face.

具体的には、上部クラッド層２２７の側面、コンタクト層２２８及びｎ−ＩｎＧａＰ層２２６の上に、ＣＶＤによりパッシベーション膜となる保護膜３１を形成するための酸化シリコン膜を形成する。この後、形成された酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、酸化シリコン膜を介しコンタクト層２２８が形成されている領域に、開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における酸化シリコン膜を、エッチング液としてバッファードフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去することにより、残存する酸化シリコン膜により、パッシベーション膜となる保護膜３１を形成する。尚、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Specifically, a silicon oxide film is formed on the side surface of the upper clad layer 227, the contact layer 228, and the n-InGaP layer 226 to form the protective film 31 serving as a passivation film by CVD. Thereafter, a photoresist is applied onto the formed silicon oxide film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby providing an opening in a region where the contact layer 228 is formed via the silicon oxide film. A resist pattern (not shown) is formed. Thereafter, the silicon oxide film in the region where the resist pattern is not formed is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid or the like as an etching solution, whereby the protective film 31 that becomes a passivation film by the remaining silicon oxide film. Form. The resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

この後、コンタクト層２２８及び保護膜２３１の上に、真空蒸着またはスパッタリング等により、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより上面電極２４１を形成する。また、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０の裏面には、真空蒸着またはスパッタリング等により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属積層膜を成膜することにより下面電極２４２を形成する。この後、所望の共振器長、例えば、共振器長が５００μｍとなるように、ｐ−ＧａＡｓ基板２１０をへき開した後、へき開面においてレーザ光が出射される一方の端面に誘電体膜等により反射防止膜を形成し、他方の端面に誘電体膜等により高反射膜を成膜する。   Thereafter, an upper electrode 241 is formed by depositing a metal laminated film made of AuGe / Au on the contact layer 228 and the protective film 231 by vacuum deposition or sputtering. Further, a lower electrode 242 is formed on the back surface of the p-GaAs substrate 210 by depositing a metal laminated film made of Ti / Pt / Au by vacuum deposition or sputtering. Thereafter, the p-GaAs substrate 210 is cleaved so that the desired resonator length, for example, the resonator length is 500 μm, and then reflected by a dielectric film or the like on one end face from which laser light is emitted on the cleavage plane. A prevention film is formed, and a highly reflective film is formed on the other end face by a dielectric film or the like.

これにより、本実施の形態における光半導体装置を作製することができる。本実施の形態における光半導体装置は、ＧａＡｓ基板に形成された波長１．３μｍ帯のリッジ導波路型の量子ドットＤＦＢレーザであり、計算により得られる回折格子層２２０における結合係数κは３０ｃｍ−1である。 Thus, the optical semiconductor device in this embodiment can be manufactured. The optical semiconductor device in the present embodiment is a ridge waveguide type quantum dot DFB laser with a wavelength of 1.3 μm formed on a GaAs substrate, and the coupling coefficient κ in the diffraction grating layer 220 obtained by calculation is 30 cm −1. It is.

尚、本実施の形態の光半導体装置は、回折格子層２２０の位置が、量子ドット活性層２２２の下側となるｐ−ＧａＡｓ基板２１０側に形成されたものであってもよい。また、本実施の形態は、レーザ以外の光半導体装置であって、回折格子層が形成される光半導体装置にも適用することが可能である。また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。   In the optical semiconductor device of the present embodiment, the position of the diffraction grating layer 220 may be formed on the p-GaAs substrate 210 side, which is below the quantum dot active layer 222. The present embodiment can also be applied to an optical semiconductor device other than a laser, which is an optical semiconductor device in which a diffraction grating layer is formed. The contents other than those described above are the same as those in the first embodiment.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体基板の上に、半導体材料により形成された活性層と、
前記活性層の上に、半導体材料により形成された上部クラッド層と、
前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により形成された回折格子層と、
を有し、
前記回折格子層は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層と、
前記第１の回折格子形成層の上に形成されており、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に形成された埋込層と、
を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であることを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
前記回折格子層は、前記活性層と前記上部クラッド層との間に形成されていることを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記３）
前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の光半導体装置。
（付記４）
前記埋込層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記５）
前記埋込層は、前記上部クラッド層の一部であって、前記埋込層と前記上部クラッド層とは、同一の材料により形成されていることを特徴とする付記２に記載の光半導体装置。
（付記６）
前記上部クラッド層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されていることを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
（付記７）
前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記８）
前記上部クラッド層の上には、半導体材料によりコンタクト層が形成されており、
前記コンタクト層に接続される上面電極と、
前記半導体基板の裏面に形成された下面電極と、
を有することを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記９）
前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１０）
前記活性層は、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとを積層することにより形成されていることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１１）
前記活性層は、量子井戸活性層であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１２）
前記活性層は、量子ドット活性層であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１３）
前記半導体基板は、ｎ型であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１４）
前記半導体基板は、ｐ型であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１５）
前記光半導体装置は、リッジ導波路型の光半導体装置であることを特徴とする付記１から１５のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１６）
半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、半導体材料により上部クラッド層を形成する工程と、
前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により回折格子層を形成する工程と、
を有し、
前記回折格子層を形成する工程は、
表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を形成する工程と、
前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を形成する工程と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、埋込層を形成する工程と、
を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記１７）
前記回折格子層を形成する工程は、前記活性層を形成する工程と、前記上部クラッド層を形成する工程との間に行われるものであって、
前記活性層の上に、前記回折格子層が形成され、
前記回折格子層の上に、前記上部クラッド層が形成されることを特徴とする付記１６に記載の光半導体装置の製造方法。
（付記１８）
前記第２の回折格子形成層及び前記埋込層は、ＭＯＣＶＤにより形成されるものであることを特徴とする付記１６または１７に記載の光半導体装置の製造方法。
（付記１９）
半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、
前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、上部クラッド層を半導体材料により形成する工程と、
を有し、
前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、前記上部クラッド層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記２０）
前記第２の回折格子形成層及び前記上部クラッド層は、ＭＯＣＶＤにより形成されるものであることを特徴とする付記１９に記載の光半導体装置の製造方法。 In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
An active layer formed of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
An upper cladding layer formed of a semiconductor material on the active layer;
A diffraction grating layer formed of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer;
Have
The diffraction grating layer includes a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof;
A second diffraction grating formed on the first diffraction grating forming layer and having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on a surface thereof. A forming layer;
A buried layer formed on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
The refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the buried layer is n C. If
n A > n B > n C
An optical semiconductor device characterized by the above.
(Appendix 2)
2. The optical semiconductor device according to appendix 1, wherein the diffraction grating layer is formed between the active layer and the upper cladding layer.
(Appendix 3)
3. The optical semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the upper clad layer is made of a material containing AlGaAs.
(Appendix 4)
4. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the buried layer is made of a material containing InGaP.
(Appendix 5)
The optical semiconductor device according to appendix 2, wherein the buried layer is a part of the upper clad layer, and the buried layer and the upper clad layer are formed of the same material. .
(Appendix 6)
6. The optical semiconductor device according to appendix 5, wherein the upper cladding layer is made of a material containing InGaP.
(Appendix 7)
The first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs,
The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the second diffraction grating forming layer is formed of a material containing AlGaAs.
(Appendix 8)
A contact layer is formed of a semiconductor material on the upper cladding layer,
An upper surface electrode connected to the contact layer;
A bottom electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate;
The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, characterized in that:
(Appendix 9)
9. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8, wherein the semiconductor substrate is a GaAs substrate.
(Appendix 10)
10. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the active layer is formed by laminating InGaAs and GaAs.
(Appendix 11)
11. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10, wherein the active layer is a quantum well active layer.
(Appendix 12)
11. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10, wherein the active layer is a quantum dot active layer.
(Appendix 13)
13. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12, wherein the semiconductor substrate is n-type.
(Appendix 14)
13. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12, wherein the semiconductor substrate is p-type.
(Appendix 15)
16. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 15, wherein the optical semiconductor device is a ridge waveguide type optical semiconductor device.
(Appendix 16)
Forming an active layer of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
Forming an upper cladding layer from a semiconductor material on the active layer;
Forming a diffraction grating layer of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer;
Have
The step of forming the diffraction grating layer includes:
Forming a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on the surface;
On the first diffraction grating forming layer, a second diffraction grating forming layer is formed having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on the surface. And a process of
Forming a buried layer on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
The refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the buried layer is n C. If
n A > n B > n C
A method for manufacturing an optical semiconductor device, wherein:
(Appendix 17)
The step of forming the diffraction grating layer is performed between the step of forming the active layer and the step of forming the upper cladding layer,
The diffraction grating layer is formed on the active layer,
The method of manufacturing an optical semiconductor device according to appendix 16, wherein the upper cladding layer is formed on the diffraction grating layer.
(Appendix 18)
18. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to appendix 16 or 17, wherein the second diffraction grating forming layer and the buried layer are formed by MOCVD.
(Appendix 19)
Forming an active layer of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
Forming a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof on the active layer, using a semiconductor material;
On the first diffraction grating forming layer, a second diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on a surface thereof is a semiconductor. Forming with a material;
Forming an upper clad layer of a semiconductor material on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
Have
When the refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the upper cladding layer is n C ,
n A > n B > n C
A method for manufacturing an optical semiconductor device, wherein:
(Appendix 20)
20. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to appendix 19, wherein the second diffraction grating forming layer and the upper cladding layer are formed by MOCVD.

１０ ｎ−ＧａＡｓ基板
２０ 回折格子層
２１ 下部クラッド層
２２ 量子井戸活性層
２３ ｐ−ＡｌＧａＡｓ層
２４ ｐ−ＧａＡｓ層（第１の回折格子形成層）
２４ａ 凸部
２４ｂ 凹部
２５ ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（第２の回折格子形成層）
２５ａ 凸部
２５ｂ 凹部
２６ ｐ−ＩｎＧａＰ層（埋込層）
２７ 上部クラッド層
２８ コンタクト層
３１ 保護膜
４１ 上面電極
４２ 下面電極 10 n-GaAs substrate 20 diffraction grating layer 21 lower cladding layer 22 quantum well active layer 23 p-AlGaAs layer 24 p-GaAs layer (first diffraction grating forming layer)
24a Convex part 24b Concave part 25 p-AlGaAs layer (second diffraction grating forming layer)
25a Convex part 25b Concave part 26 p-InGaP layer (embedded layer)
27 Upper cladding layer 28 Contact layer 31 Protective film 41 Upper surface electrode 42 Lower surface electrode

Claims (6)

半導体基板の上に、半導体材料により形成された活性層と、
前記活性層の上に、半導体材料により形成された上部クラッド層と、
前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により形成された回折格子層と、
を有し、
前記回折格子層は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層と、
前記第１の回折格子形成層の上に形成されており、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に形成された埋込層と、
を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であって、
前記埋込層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されており、
前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする光半導体装置。 An active layer formed of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
An upper cladding layer formed of a semiconductor material on the active layer;
A diffraction grating layer formed of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer;
Have
The diffraction grating layer includes a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof;
A second diffraction grating formed on the first diffraction grating forming layer and having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on a surface thereof. A forming layer;
A buried layer formed on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
The refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the buried layer is n C. If
n A > n B > n C
I der,
The buried layer is made of a material containing InGaP,
The first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs,
The second diffraction grating forming layer is made of a material containing AlGaAs,
The optical semiconductor device, wherein the second diffraction grating forming layer and the buried layer have the same conductivity type . 半導体基板の上に、半導体材料により形成された活性層と、
前記活性層の上に、半導体材料により形成された上部クラッド層と、
前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により形成された回折格子層と、
を有し、
前記回折格子層は、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層と、
前記第１の回折格子形成層の上に形成されており、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に形成された埋込層と、
を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎ Ａ とし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎ Ｂ とし、埋込層における屈折率をｎ Ｃ とした場合、
ｎ Ａ ＞ｎ Ｂ ＞ｎ Ｃ
であって、
前記回折格子層は、前記活性層と前記上部クラッド層との間に形成されており、
前記埋込層は、前記上部クラッド層の一部であって、前記埋込層と前記上部クラッド層とは、同一の材料により形成されており、
前記上部クラッド層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されおり、
前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする光半導体装置。 An active layer formed of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
An upper cladding layer formed of a semiconductor material on the active layer;
A diffraction grating layer formed of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer;
Have
The diffraction grating layer includes a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof;
A second diffraction grating formed on the first diffraction grating forming layer and having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on a surface thereof. A forming layer;
A buried layer formed on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
And comprise a, the refractive index of the first diffraction grating layer and n A, the refractive index in the second diffraction grating layer and n B, the refractive index of the buried layer and the n C If
n A > n B > n C
Because
The diffraction grating layer is formed between the active layer and the upper cladding layer,
The buried layer is a part of the upper clad layer, and the buried layer and the upper clad layer are formed of the same material,
The upper cladding layer is made of a material containing InGaP,
The first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs,
The second diffraction grating forming layer is made of a material containing AlGaAs ,
It said second diffraction grating forming layer and the buried layer is an optical semiconductor device you said same conductivity type der Rukoto. 前記回折格子層は、前記活性層と前記上部クラッド層との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the diffraction grating layer is formed between the active layer and the upper cladding layer. 前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の光半導体装置。 The upper cladding layer, the optical semiconductor device according to claim 1 or 3, characterized in that it is formed of a material containing AlGaAs. 半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、半導体材料により上部クラッド層を形成する工程と、
前記半導体基板と前記活性層との間、または、前記活性層と前記上部クラッド層との間に、半導体材料により回折格子層を形成する工程と、
を有し、
前記回折格子層を形成する工程は、
表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を形成する工程と、
前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を形成する工程と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、埋込層を形成する工程と、
を含むものであって、前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、埋込層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であって、
前記埋込層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されており、
前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層と前記埋込層は同じ導電型であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 Forming an active layer of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
Forming an upper cladding layer from a semiconductor material on the active layer;
Forming a diffraction grating layer of a semiconductor material between the semiconductor substrate and the active layer, or between the active layer and the upper cladding layer;
Have
The step of forming the diffraction grating layer includes:
Forming a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on the surface;
On the first diffraction grating forming layer, a second diffraction grating forming layer is formed having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on the surface. And a process of
Forming a buried layer on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
The refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the buried layer is n C. If
n A > n B > n C
I der,
The buried layer is made of a material containing InGaP,
The first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs,
The second diffraction grating forming layer is made of a material containing AlGaAs,
Said second diffraction grating forming layer and the buried layer manufacturing method of the optical semiconductor device comprising the same conductivity type der Rukoto. 半導体基板の上に、半導体材料により活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、表面に凸部と凹部が形成されている第１の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、
前記第１の回折格子形成層の上に、前記第１の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部に対応した凸部と凹部が表面に形成されている第２の回折格子形成層を半導体材料により形成する工程と、
前記第２の回折格子形成層における前記凸部と前記凹部の上に、上部クラッド層を半導体材料により形成する工程と、
を有し、
前記第１の回折格子形成層における屈折率をｎＡとし、前記第２の回折格子形成層における屈折率をｎＢとし、前記上部クラッド層における屈折率をｎＣとした場合、
ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ
であって、
前記上部クラッド層は、ＩｎＧａＰを含む材料により形成されおり、
前記第１の回折格子形成層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層は、ＡｌＧａＡｓを含む材料により形成されており、
前記第２の回折格子形成層と前記上部クラッド層は同じ導電型であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 Forming an active layer of a semiconductor material on a semiconductor substrate;
Forming a first diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion formed on a surface thereof on the active layer, using a semiconductor material;
On the first diffraction grating forming layer, a second diffraction grating forming layer having a convex portion and a concave portion corresponding to the convex portion and the concave portion in the first diffraction grating forming layer formed on a surface thereof is a semiconductor. Forming with a material;
Forming an upper clad layer of a semiconductor material on the convex portion and the concave portion in the second diffraction grating forming layer;
Have
When the refractive index in the first diffraction grating formation layer is n A , the refractive index in the second diffraction grating formation layer is n B, and the refractive index in the upper cladding layer is n C ,
n A > n B > n C
I der,
The upper cladding layer is made of a material containing InGaP,
The first diffraction grating forming layer is made of a material containing GaAs,
The second diffraction grating forming layer is made of a material containing AlGaAs,
The method of manufacturing an optical semiconductor device, wherein the second diffraction grating forming layer and the upper clad layer have the same conductivity type .
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